近日，一則振奮人心的消息從科研領(lǐng)域傳來(lái)，北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)物理學(xué)院副教授尹華磊展開(kāi)緊密合作，在量子密鑰分發(fā)領(lǐng)域取得重大突破，首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了打破安全碼率 - 距離界限的異步測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（也稱“模式匹配量子密鑰分發(fā)”），成功實(shí)現(xiàn) 508 公里光纖量子通信，創(chuàng)造了破紀(jì)錄的城際密鑰率和雙光子干涉距離。
量子密鑰分發(fā)作為保障信息安全的重要技術(shù)手段，一直以來(lái)受到廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)量子密鑰分發(fā)（QKD），其密鑰率會(huì)隨著信道的損耗呈線性衰減，限制了其在長(zhǎng)距離通信中的應(yīng)用。雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF - QKD）雖能使密鑰率以信道衰減的平方根線性下降，受到極大關(guān)注并取得一定成功，但該協(xié)議系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，通常需要相位跟蹤、頻率校準(zhǔn)等模塊來(lái)保證穩(wěn)定的長(zhǎng)距離單光子干涉。
在這樣的背景下，尹華磊等于 2022 年提出一種新穎的異步測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（Asynchronous MDI - QKD）協(xié)議。該協(xié)議通過(guò)經(jīng)典后處理實(shí)現(xiàn)時(shí)間復(fù)用，構(gòu)建了雙光子貝爾態(tài)，建立起 MDI - QKD 與 TF - QKD 之間的橋梁。后測(cè)量配對(duì)技術(shù)可大大降低 TF - QKD 系統(tǒng)中對(duì)激光源、相位穩(wěn)定性等的嚴(yán)格要求，在中長(zhǎng)距離還可實(shí)現(xiàn)更高的安全密鑰率。
袁之良團(tuán)隊(duì)基于異步測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議與新型的響應(yīng)過(guò)濾方法，經(jīng)過(guò)不懈努力，研制出在 200 微秒時(shí)間間隔內(nèi)仍可進(jìn)行穩(wěn)定異步雙光子干涉的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。此次突破意義重大，首次在無(wú)需相位跟蹤技術(shù)且進(jìn)行了嚴(yán)格的組合安全有限密鑰分析的情況下突破了安全碼率界限。
該研究成果對(duì)商用化、高安全城際量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)和我國(guó)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò)具有不可估量的重要意義。這一突破為未來(lái)的信息安全保障提供了更為堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐，有望推動(dòng)量子通信技術(shù)在更多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為我國(guó)在全球量子信息領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中贏得了重要的一席之地。
相信在科研人員的不斷探索與努力下，量子密鑰分發(fā)技術(shù)將取得更多突破，為信息時(shí)代的安全保駕護(hù)航，讓我們共同期待量子通信技術(shù)在未來(lái)綻放更加絢爛的光彩。
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