作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域，量子通信對于保障關(guān)鍵領(lǐng)域信息安全有著重大價(jià)值和應(yīng)用前景

615公里新架構(gòu)光纖量子通信成功實(shí)現(xiàn)

從北京量子信息科學(xué)研究院獲悉，該院袁之良團(tuán)隊(duì)利用光頻梳技術(shù)首次實(shí)現(xiàn)開放式架構(gòu)雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，完成615公里光纖量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。相關(guān)研究成果近日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)上。

北京量子信息科學(xué)研究院光量子通信與器件團(tuán)隊(duì)成員周來表示，量子密鑰分發(fā)基于量子的不可測量、不可克隆性，以及一次一密的加密方法，可實(shí)現(xiàn)無條件安全通信。

2018年英國東芝歐洲研究所提出新型雙場協(xié)議，使得安全成碼率以信道衰減的平方根線性下降，在無中繼的情況下可突破碼率界限，是實(shí)現(xiàn)500公里以上光纖量子通信的可行方案。雙場協(xié)議的實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)異地的獨(dú)立激光源在第三方遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的單光子干涉，但通信雙方激光源的微小頻差與長距離光纖造成的快速相位漂移都對干涉有重要影響。

周來說，傳統(tǒng)方案是在遙遠(yuǎn)兩地間架設(shè)服務(wù)光纖作為傳輸媒介，然后通過時(shí)頻傳輸或者光學(xué)鎖相環(huán)等技術(shù)，完成兩地激光源的頻率鎖定。

袁之良團(tuán)隊(duì)首次將光頻梳技術(shù)應(yīng)用于雙場量子密鑰分發(fā)，一束單頻率的光通過電光調(diào)制器成為多頻率的光，且頻率像梳子上的梳齒一樣間隔均勻。研制出首個(gè)開放式架構(gòu)、無需服務(wù)光纖的新型雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了低損耗光纖四百公里級、五百公里級、六百公里級的安全成碼，并且打破無中繼量子密鑰分發(fā)的碼率界限，成功演示了臂長差為百公里的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，這也是目前最長臂長差記錄。

周來說，相較之前的實(shí)驗(yàn)成果，量子信號光的相位漂移速率降低1000多倍，大大降低相位參考光的噪聲影響，有助于光纖量子密鑰分發(fā)距離向千公里級別突破。同時(shí)，基于光頻梳的開放式架構(gòu)有利于未來構(gòu)建多用戶多節(jié)點(diǎn)的城際量子保密網(wǎng)絡(luò)，并對基于單光子干涉的分布式量子網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。

量子通信市場規(guī)模有望突破千億元

量子通信科學(xué)家王雙近日接受媒體采訪時(shí)表示，作為世界上首個(gè)開放式架構(gòu)的雙場量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)615公里的光纖量子通信，在量子通信的實(shí)現(xiàn)方案方面有了創(chuàng)新突破。這一新架構(gòu)有助于光纖量子密鑰分發(fā)距離向千公里級別突破，為未來我國建設(shè)多節(jié)點(diǎn)廣域量子網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)。

量子科技是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的前沿領(lǐng)域。其中，實(shí)用化走在最前列的量子通信技術(shù)，對于保障關(guān)鍵領(lǐng)域信息安全有著重大價(jià)值和應(yīng)用前景。《國家“十四五”規(guī)劃與2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》提出，打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢，要加快布局量子計(jì)算、量子通信、神經(jīng)芯片、DNA存儲等前沿技術(shù)。

新思界產(chǎn)業(yè)研究中心認(rèn)為，現(xiàn)階段量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模依然較小，未來隨著技術(shù)日益成熟，其建設(shè)規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大。預(yù)計(jì)到2026年，我國量子通信市場規(guī)模將達(dá)到1100億元以上。