上海量子信息科学研究所袁志良团队首创了量子密钥分发的新型开放架构，利用光频梳技术成功实现了615公里光纤量子通信。 该框架在保证量子通信安全的同时，可以大幅降低系统建设成本，为我国多节点广域量子网络建设奠定基础。 相关成果近日发表在国际学术期刊《-》上。
安全性是量子通信的最大特点。 量子密钥分发作为量子通信的主要方式之一，其基础是量子的不可检测性和不可克隆性。 它采用“一次性一密本”加密方式，为量子通信提供一把“安全锁”。 “双场”是目前所有量子密钥分配合约中最适合长距离传输的。
上海量子信息科学研究所首席科学家袁志良介绍，双场架构下的量子通信需要两个相距较远的独立激光源，各自发出“信号”。 如果激光源发出的“信号”频率不同，传输中也会出现“信号”错误。 如果想要避免“信号”错误，就需要一个可以在两端实现相同“信号”频率的“工具”：服务光纤。 这意味着通信两端之间需要额外架设一条“一路”，构成传统的由“两条路”组成的框架。
图a是传统的封闭式光纤结构。 图b是中国科学家袁志良团队首创的开放式架构，可以在保证量子通信安全的同时降低系统建设成本。 （图表由受访者绘制）
“传统架构意味着建设双宽度光纤，成本高、结构复杂，系统运维成本高、难度大，不利于未来多节点广域量子安全网络的建设。” 袁志良说道。
这次中国科学家开创的新框架在哪里？ 上海量子信息科学研究所光量子通信及器件团队成员周来打了个比方：“上海和青岛之间想要进行‘量子通话’，过去必须连接两个远程通信结束。‘一种方式’。当新框架出现时，‘一种方式’就足够了。”
图为上海量子信息科学研究所量子密钥分配实验室。新华社记者 张满子 摄
为了“拯救”业务光纤但保留其作用，袁志良团队首次将光频梳技术应用于双场量子密钥分配。 “光频梳技术就像将单频光变成多束不同频率的光印度 量子通讯，就像多个‘梳齿’一样分开。使用这种神奇的‘梳子’，无需架设业务光纤，就可以对光频率进行校准。”可以实现通信两端的‘信号’，从而实现量子信息的精确传输。” 周说。
据悉，在实际的超长距离量子通信中，光纤不可避免地会出现快速晃动，这也会影响传输“信号”的准确性。 光频梳技术还可以同时解决光纤晃动问题印度 量子通讯，大大降低噪声对量子信号的影响，保证光纤量子信息长距离传输的准确性。
“作为全球首个开放架构双场量子密钥分配系统，已成功实现615公里光纤量子通信，在量子通信实现上取得了创新性突破。” 《自然-通讯》审稿人之一量子通信科学家王爽8日接受记者专访时表示，这种新架构将帮助光纤量子密钥分发距离突破千公里级别，奠定光纤量子密钥分配距离的基础。为我国未来建设多节点广域量子网络奠定基础。
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