中国科学技术大学完成了第一个在自由空间信道中实现与测量设备无关的量子密钥分配的实验-通信技术-cnBeta.COM

根据中国科学技术大学的消息,潘建伟和他的同事彭承志,张强等人最近与清华大学的王向斌和中国科学院上海微系统研究所的尤立兴进行了合作。 。 测量设备独立的量子密钥分配(MDI-QKD)实验。

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该实验结果不仅实现了将MDI-QKD从光纤通道扩展到自由空间通道的突破,而且为基于自由空间通道中的长距离量子干扰实现更复杂的量子信息处理任务提供了可能性。

据了解,MDI-QKD协议使用双光子干扰技术来消除检测侧的所有安全漏洞,而无需在测量侧的量子设备上进行任何安全性假设,并且被认为是最佳的候选协议之一。各种量子密钥分发协议。 。 自2012年首次提出该协议以来,它在光纤通道上得到了快速发展,并且在距离更远,密钥率更高和网络验证方面取得了一系列突破。

但是,由于光纤的固有损耗,量子信号无法像传统通信那样被放大; 在自由空间信道方面,在近乎真空的环境中,外层空间中的光信号损耗非常小,而卫星辅助可以大大延长量子通信距离。

近年来,随着“墨子”量子科学实验卫星的成功,基于卫星平台和地面光纤网络相结合的量子通信已成为构建全球量子通信网络的最可行手段。

由于自由空间通道的大气湍流破坏了空间模式,因此在干涉测量之前,需要使用单模光纤进行空间滤波。 由此引起的低耦合效率和强度波动是该实验的两个主要困难。

为了解决耦合效率低的问题,研究团队开发了一种基于随机梯度下降算法的自适应光学系统,该系统具有较强的抗湍流能力,使双链路的总信道效率提高了约4至10倍。 。 并且通过测量脉冲到达时间的实时反馈,获得了32皮秒的独立时钟同步精度; 新的技术方案使干涉光的频差小于10MHz,从而实现了远程独立激光器之间的锁频。

基于这些技术突破,实验团队采用了清华大学王向斌教授的四强度优化协议,最终在上海城市大气通道中实现了首个自由空间MDI-QKD实验。 两个通道的长度分别为7.7 km和11.5 km。 爱丽丝和鲍勃之间的距离是19.2公里。 这个距离远大于地球大气层的等效厚度,这意味着实验结果也朝着基于卫星的MDI-QKD迈出了坚实的一步。

此外,本实验开发的相关技术为与自由空间中的量子干扰有关的量子实验(例如量子中继器,量子网络)开辟了道路,并在大空间尺度上探索了量子力学与广义相对论的融合。 问题。

远程自由空间MDI-QKD实验装置图

该研究的共同第一作者是曹元研究员,博士后研究员李玉怀和博士生杨奎星。 上述研究得到了科学技术部,国家自然科学基金,中国科学院,上海和安徽省的重点研发计划的支持。

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