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新思路!我國首創開放式新架構實現615公里光纖量子通信

據新華社報道,北京量子信息科學研究院袁之良團隊近日采用光頻梳技術,成功實現615公里光纖量子通信。相關成果日前發表于國際學術期刊《自然-通訊》。

報道稱,該團隊首創量子密鑰分發開放式新架構,在確保量子通信安全性的同時,能大幅降低系統建設成本。該架構不同于以往傳統的雙場架構量子通信,僅需鋪設“一條路”便能實現雙端通信,節省光纖資源。

據悉,雙場協議的實現需要兩個異地的獨立激光源在第三方遠程節點處實現穩定的單光子干涉,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。目前,傳統的方案是在遙遠兩地間架設服務光纖作為傳輸媒介,然后通過時頻傳輸或者光學鎖相環等技術,完成兩地激光源的頻率鎖定。

北京量子信息科學研究院首席科學家袁之良表示,“傳統方案意味著需要搭建雙倍長度的光纖,成本高且結構復雜,系統運行維護起來貴且困難,不利于未來多節點廣域量子保密網絡的建設!

為解決這一痛點,袁之良團隊首次將光頻梳技術應用于雙場量子密鑰分發,研制出首個開放式架構、無需服務光纖的新型雙場量子密鑰分發系統,實現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的碼率界限,成功演示了臂長差為百公里的量子密鑰分發實驗。

同時,該系統在實際的超長距離量子通信中,可以大大降低相位參考光的噪聲影響,量子信號光的相位漂移速率降低了1000多倍。

此次技術新突破將量子通信這一未來感十足的名字再一次推進我們的視野。

據介紹,量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方式。被認為可能是下一代IT技術的支撐性研究,已成為全球物理學研究的前沿與焦點領域,被認為有望在10年內實現全球化應用。與傳統的通信方式相比較,它最大的優勢就是不可比擬的高安全性和高效率性。

放眼全球,量子信息科技競爭步伐已經加快,美國、歐盟等國家和地區紛紛將量子科技發展納入國家戰略規劃,并逐步加大對量子技術的資金投入。

據相關研究機構不完全統計,截至2021年10月,全球各國家和地區在量子技術領域投資總規模已經超過130億美元,該技術產業也有望在2035年實現近7000億美元的價值。

中國是較早開展量子信息研究的國家之一。2016年,中國就成功發射全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。僅用1年時間,“墨子號”就提前并圓滿實現全部三大既定科學目標,并突破了高精度跟瞄、星地偏振態保持與基矢校正、星載量子糾纏源等一系列關鍵技術。

2017年,世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通,其總長超過2000公里,覆蓋四省三市共32個節點,包括北京、濟南、合肥和上海4個量子城域網,通過兩個衛星地面站與“墨子號”相連,總距離達4600公里。

2021年,中國建成全球首個星地量子通信網,創造500公里的現場光纖量子通信世界紀錄。

2022年1月,中國科大實現了833公里距離上的光纖量子密鑰分發,將光纖量子通信的安全傳輸距離世界紀錄提升了200余公里,向實現千公里陸基量子保密通信邁出重要一步。

如今,北京量子信息科學研究院袁之良團隊又通過首創量子密鑰分發開放式新架構,為量子通信提供了區別以往的新思路,有助于光纖量子密鑰分發距離向千公里級別突破,為未來我國建設多節點廣域量子網絡奠定基礎。

總的來說,從目前該領域的科研成果看,量子通信的變革曙光已經可以預見,在未來5-10年,量子通信仍將處于不斷高速發展階段,而隨著量子信息產業化和普及化的不斷深入,相信“永不泄密”的量子互聯網新時代也即將到來。

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