兰州量子技术研究院张强、王向斌、刘洋与中国科学技术学院潘建伟，中国科大学北京微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作，通过发展低杂讯相位参考讯号控制、极低噪音单光子侦测器等技术，实现了光纤中1002公里点对点远距离量子秘钥分发，除了创下了光纤无中继量子秘钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通讯高速率主干链路的方案。5月25日，相关研究成果发表于《物理评论快报》。
量子秘钥分发（QKD）基于量子热学基本原理，可以在用户间进行安全的秘钥分发，结合“一次一密”的加密方法，从而可实现最高安全性的保密通讯。但是，量子秘钥分发的距离仍然遭到通讯光纤的固有耗损和侦测器噪音等诱因的限制。双场量子秘钥分发（TF-QKD）合同借助单光子干涉的特点，将成分辨率与距离的关系从通常量子秘钥分发的线性关系提高至平方根的水平量子通讯协议，因而可以获得远超过通常量子秘钥分发方案的成码距离。
在这项工作中，研究团队采用了王向斌等提出的“发送-不发送”双场量子秘钥分发合同，该合同在现实条件下有效地提高量子秘钥分发系统工作距离。为了进行极远距离的量子秘钥分发，研究团队与长飞光纤光缆股份有限公司合作，采用基于“纯氢氧化铝纤芯”技术的超低损光纤，实现高于0.16分贝每公里的量子信道光纤链路。中国科大学北京微系统与信息技术研究所发展了极低噪音超导单光子侦测器，通过在40开尔文和2.2开尔文温区进行多级检波抑制热幅射造成的暗计数，将单光子侦测器的噪音减少至0.02个每秒。
研究团队还发展了时分复用的双波长相位恐怕方案，杜绝了同波长参考光二次瑞利散射、不同波长参考光自发拉曼散射等噪音影响，将链路噪音减少至0.01赫兹以下。
在上述技术发展的基础上，该工作实现了最远达1002公里的双场量子秘钥分发，获得0.0034比特每秒成帧率。对系统参数进行优化后，在202公里光纤距离下获得47.06千比特每秒成分辨率，但是在300公里和400公里光纤距离下，获得的成分辨率相较原始“测量元件无关”量子秘钥分发提升了6个数目级。
研究人员介绍，该工作除了验证了极远距离下双场量子秘钥分发方案的可行性，也验证了在城际光纤距离下量子通讯协议，采用该合同可以实现高成分辨率的量子秘钥分发，适宜城际量子通讯主干链路使用。
（顾客端记者王健报导）