北京量子信息科学研究院袁之良团队利用光频梳技术，首次实现开放式架构双场量子密钥分发系统，完成615公里光纤量子密钥分发实验。这一成果有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破，也有利于未来构建多用户多节点的城际量子保密网络。相关研究成果近日发表在国际顶级学术期刊《自然-通讯》上。
所谓量子通信，是利用量子叠加态和纠缠效应进行信息传递的新型通信方式，其最突出特点是能够提供无法被窃听和计算破解的绝对安全性保证。量子通信主要分为量子隐形传态和量子密钥分发两种。其中量子隐形传态中的关键技术目前仍有待突破，处于理论研究和实验探索阶段。而量子密钥分发基于量子物理的基本原理和一次一密的加密方式，可实现无条件安全通信，是量子保密通信成为未来保障网络信息安全的一种非常有潜力的技术手段，是当今量子通信领域理论和应用研究的热点。
2018年英国东芝欧洲研究所提出新型双场协议，使得安全成码率以信道衰减的平方根线性下降，在无中继的情况下可突破码率界限，是实现500公里以上光纤量子通信的可行方案。目前国内外多个科研团队已经实现了500公里以上的量子密钥分发，但如此长距离传输容易出现误差，因此需要在两地再连通一条服务光纤，以保证两处激光源同频，这便形成了闭环结构。
双场协议的实现需要两个异地的独立激光源在第三方远程节点处实现稳定的单光子干涉，但通信双方激光源的微小频差与长距离光纤造成的快速相位漂移都对干涉有重要影响。目前，传统的方案是在遥远两地间架设服务光纤作为传输媒介，然后通过时频传输或者光学锁相环等技术，完成两地激光源的频率锁定，这种闭合光纤架构非常不利于多节点的广域量子保密网络应用。
袁之良团队基于自主开发的相干边带稳相与异地激光源频率校准技术，研制出首个开放式架构、无需服务光纤的新型双场量子密钥分发系统，实现了低损耗光纤四百公里级、五百公里级、六百公里级的安全成码，并且打破无中继量子密钥分发的码率界限，还成功演示了臂长差为百公里的量子密钥分发实验，是目前最长臂长差记录。相较之前的实验成果，量子信号光的相位漂移速率降低1000多倍，大大降低相位参考光的噪声影响，有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破。基于光频梳的开放式架构有利于未来构建多用户多节点的城际量子保密网络，并对基于单光子干涉的分布式量子网络具有重要意义。
北京量子信息科学研究院成立于2017年底，是北京市政府联合中国科学院、北京大学、清华大学等单位共同建设的新型研发机构，特点是不设行政级别，实行理事会领导下的院长负责制。 近年来，北京市聚焦重大基础前沿科学研究、关键核心技术攻关突破，相继布局了一批新型研发机构，开始了建设世界一流新型研发机构的“北京实践”。市科委、中关村管委会也陆续推出适应科研规律的改革举措，各新型研发机构相继产出一批重要成果。
文/北京青年报记者 雷嘉
编辑/张鹏
