近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、張強(qiáng)、陳騰云等與清華大學(xué)王向斌、馬雄峰合作，突破遠(yuǎn)距離獨(dú)立激光相位干涉技術(shù)，分別實(shí)現(xiàn)了500公里量級(jí)真實(shí)環(huán)境光纖的雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)和相位匹配量子密鑰分發(fā)。相關(guān)成果分別發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》和《自然·光子學(xué)》上。

在量子密鑰分發(fā)的長(zhǎng)距離實(shí)際應(yīng)用中，信道損耗是最嚴(yán)重的限制因素。雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)使安全成碼率隨信道衰減的平方根線性下降，甚至可以在無中繼的情形下輕松突破量子密鑰分發(fā)成碼率線性界限。然而，其實(shí)施技術(shù)要求相當(dāng)苛刻，要求兩個(gè)遠(yuǎn)程獨(dú)立激光器的單光子級(jí)干涉，同時(shí)需要通過單光子探測(cè)結(jié)果實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離光纖鏈路相對(duì)相位快速漂移的精準(zhǔn)估計(jì)。此外，雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)需要同時(shí)滿足高計(jì)數(shù)率、高效率及超低暗計(jì)數(shù)的單光子探測(cè)器。

在這兩項(xiàng)研究中，結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研制的高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，潘建偉實(shí)驗(yàn)小組與合作團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將量子密鑰分發(fā)的安全成碼距離推至500公里以上，創(chuàng)造了地基量子密鑰分發(fā)最遠(yuǎn)距離新的世界紀(jì)錄，在超過500公里的光纖成碼率打破了傳統(tǒng)無中繼量子密鑰分發(fā)所限定的成碼率極限，即超過了理想的探測(cè)裝置下的無中繼量子密鑰分發(fā)成碼極限。