記者6月24日從中國科學技術大學獲悉，該校教授潘建偉及其同事張強、陳騰云與濟南量子技術研究院王向斌、劉洋等合作，突破現場遠距離高性能單光子干涉技術，利用兩種不同技術分別實現了428公里和511公里的雙場量子密鑰分發，創下了世界現場無中繼光纖量子密鑰分發最遠傳輸距離。相關研究成果分別發表于國際著名學術期刊《物理評論快報》和《自然·光子學》上。

    量子不可克隆原理保證了量子密鑰分發的無條件安全性，而未知量子態的不可克隆性，也使得量子密鑰分發不能像經典光通信那樣，通過光放大對傳輸進行中繼，因此實際應用中量子密鑰分發的傳輸距離受到光纖損耗的限制。

    相比傳統，雙場量子密鑰分發具有密鑰率隨信道透過率的平方根尺度下降的優勢，所以特別適合遠距離量子通信。此前，潘建偉團隊已經在實驗室內實現超過500公里雙場量子密鑰分發驗證。然而，轉化至實際應用場景實現則困難得多。溫度、振動、噪聲等都會影響信號傳輸。

    潘建偉團隊基于王向斌提出的“發送-不發送”雙場量子密鑰分發協議，發展了時頻傳輸技術和激光注入鎖定技術，將現場相隔幾百公里的兩個獨立激光器的波長鎖定為相同，再針對現場復雜環境，開發了光纖長度及偏振變化實時補償系統。還精心設計了量子密鑰分發光源的波長，通過窄帶濾波將串擾噪聲濾除。最后結合中科院上海微系統所研制的高計數率低噪聲單光子探測器，在現場將無中繼光纖量子通信的安全成碼距離推至500公里以上。

    這項研究成果成功創造了現場光纖無中繼量子密鑰分發最遠距離新的世界紀錄，在超過500公里的光纖成碼率打破了傳統無中繼量子密鑰分發所限定的成碼率極限，在實際環境中證明了雙場量子密鑰分發的可行性，并為實現長距離光纖量子網絡鋪平了道路。