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發(fā)布時間:2023-03-27 14:31:52 信息來源: 閱讀次數(shù): 4460 次
依托中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)組建的中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院潘建偉,、徐飛虎等與上海微系統(tǒng)所,、濟(jì)南量子技術(shù)研究院,、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位的科研人員合作,,通過發(fā)展高保真度集成光子學(xué)量子態(tài)調(diào)控、高計數(shù)率超導(dǎo)單光子探測等關(guān)鍵技術(shù),,首次在國際上實(shí)現(xiàn)百兆比特率的實(shí)時量子密鑰分發(fā),,實(shí)驗(yàn)結(jié)果將此前的成碼率紀(jì)錄提升一個數(shù)量級。該成果于3月14日在線發(fā)表于國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》雜志 [Nature Photonics (2023)],。
量子密鑰分發(fā)(QKD)基于量子力學(xué)基本原理,,可以實(shí)現(xiàn)原理上無條件安全的保密通信。提高QKD的成碼率對其實(shí)用化起著至關(guān)重要的作用,。高碼率可為更多用戶提供服務(wù),,實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)共享、分布式存儲加密等高帶寬需求的應(yīng)用,。此前國際上最高的實(shí)時成碼率是10 Mb/s(10公里標(biāo)準(zhǔn)光纖信道下),。為了實(shí)現(xiàn)更高的密鑰率,需要解決系統(tǒng)發(fā)送端,、接收端和后處理等技術(shù)瓶頸,。在發(fā)送端,高碼率QKD需要高保真度的量子態(tài)調(diào)制,,然而現(xiàn)有QKD系統(tǒng)在高速調(diào)制下會產(chǎn)生較高誤碼率,;在接收端,,同時具有高效率和高計數(shù)率能力的單光子探測器不可或缺,超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)具有高效率和低噪聲的優(yōu)點(diǎn),,但其計數(shù)率通常受到較長恢復(fù)時間的限制,。
潘建偉、徐飛虎研究組發(fā)展了集成光子片上高速高保真度偏振態(tài)調(diào)制技術(shù),,系統(tǒng)重頻達(dá)到2.5 GHz,,量子比特誤碼率優(yōu)于0.35%;結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)所尤立星團(tuán)隊最新研制的八像素SNSPD,,實(shí)現(xiàn)了高計數(shù)率、高效率的單光子探測,,在每秒輸入5.5億個光子時仍能保持62%的探測效率,;同時,研究組發(fā)展了偏振反饋控制,、高速后處理模塊等,。在上述技術(shù)突破的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)了10公里標(biāo)準(zhǔn)光纖信道下115.8 Mb/s的密鑰率,,較之前紀(jì)錄提高了約一個數(shù)量級,;系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行超過50個小時,在傳輸距離328公里下碼率超過200 b/s,。上述研究成果表明,,QKD可實(shí)現(xiàn)百兆比特率的實(shí)時密鑰分發(fā),滿足高帶寬通信需求,,對未來量子通信的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用具有重要意義,。
高碼率量子密鑰分發(fā)裝置圖 量子密鑰分發(fā)成碼率對比圖 本研究論文的第一作者是中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士后李蔚和博士生張立康。該工作得到了科技部,、自然科學(xué)基金委,、中科院、安徽省和上海市等的資助,。 論文鏈接: https://www.nature.com/articles/s41566-023-01166-4
背景簡介:本文摘自公眾號“量子科話”,。