记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟院士及其同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作，利用中科院上海微系统所尤立星小组研制的超导探测器，基于“济青干线”现场光缆，突破现场远距离高性能单光子干涉技术，分别采用激光注入锁定实现了428公里双场量子密钥分发(TF-QKD)，同时利用时频传递技术实现了511公里TF-QKD，是目前现场无中继光纤QKD(量子密钥分发)最远的传输距离。相关研究成果日前分别发表于国际著名学术期刊《物理评论快报》(被选为编辑推荐文章)和《自然·光子学》上。
由于未知量子态的不可克隆性，也使得QKD不能像经典光通信那样，通过光放大对传输进行中继，因此实际应用中QKD的传输距离受到光纤损耗的限制。相比传统协议，TF-QKD协议具有密钥率随信道透过率的平方根尺度下降的优势，所以特别适合远距离QKD。此前，潘建伟团队已经在实验室内实现超过500公里TF-QKD的验证，然而，在实际场景的苛刻环境下实现TF-QKD是极其困难的。实验室内温度、振动以及人活动引起的声音等噪声都可以被有效隔离，但现场环境中这些是不可避免的。
科研人员基于此前提出的发送-不发送”双场量子密钥分发协议，发展时频传输技术和激光注入锁定技术，将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同;再针对现场复杂的链路环境，开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统;此外，对于现场光缆中其他业务的串扰，精心设计了QKD光源的波长，并通过窄带滤波将串扰噪声滤除;最后结合高计数率低噪声单光子探测器，在现场将无中继光纤QKD的安全成码距离推至500公里以上。
这些研究成果成功创造了现场光纤无中继QKD最远距离新的世界纪录，在超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继QKD所限定的成码率极限，即超过了理想的探测装置(探测器效率为100%)下的无中继QKD成码极限，并在实际环境中证明了TF-QKD的可行性，为实现长距离光纤量子网络铺平了道路。(记者 吴长锋)
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