我科学家实现百兆比特率量子密钥分发

yi叶秋枫

【科技前沿】我科学家实现百兆比特率量子密钥分发
【科技前沿】本报合肥 3 月 14 日电（记者常河通讯员王敏）日前，我国科学家通过发展高保真度集成光子学量子态调控、高计数率超导单光子探测等关键技术，在国际上实现百兆比特率的实时量子密钥分发，实验结果将此前
: C& x9 R  G0 h% j; G+ H<img class="paper-image">【科技前沿】
本报合肥 3 月 14 日电（记者常河 通讯员王敏）日前，我国科学家通过发展高保真度集成光子学量子态调控、高计数率超导单光子探测等关键技术，在国际上实现百兆比特率的实时量子密钥分发，实验结果将此前的成码率纪录提升一个数量级。此项成果由中国科学技术大学潘建伟院士、徐飞虎教授等与中科院上海微系统与信息技术研究所、济南量子技术研究院、哈尔滨工业大学等单位的科研人员合作。
7 }' F5 z& r! q( A量子密钥分发（QKD）基于量子力学基本原理，可以实现原理上无条件安全的保密通信。提高 QKD 的成码率对其实用化起着至关重要的作用。高码率可为更多用户提供服务，实现大数据共享、分布式存储加密等高带宽需求的应用。此前国际上最高的实时成码率是 10 兆比特每秒（10 公里标准光纤信道下）。为了实现更高的密钥率，需要解决系统发送端、接收端和后处理等技术瓶颈。在发送端，高码率 QKD 需要高保真度的量子态调制，然而现有 QKD 系统在高速调制下会产生较高误码率；在接收端，同时具有高效率和高计数率能力的单光子探测器不可或缺，超导纳米线单光子探测器（SNSPD）具有高效率和低噪声的优点，但其计数率通常受到较长恢复时间的限制。
$ ]: {" r( M  h& L9 o5 ?潘建伟、徐飞虎研究组发展了集成光子片上高速高保真度偏振态调制技术，系统重频达到 2.5 吉赫兹，量子比特误码率优于 0.35%；结合中科院上海微系统所尤立星团队最新研制的八像素 SNSPD，实现了高计数率、高效率的单光子探测，在每秒输入 5.5 亿个光子时仍能保持 62% 的探测效率；同时，研究组发展了偏振反馈控制、高速后处理模块等。
& {# j. k# E( Q" H- D8 n% ~在上述技术突破的基础上，研究团队实现了 10 公里标准光纤信道下 115.8 兆比特每秒的密钥率，较之前纪录提高了约一个数量级；系统稳定运行超过 50 个小时，在传输距离 328 公里下码率超过 200 比特每秒。
3 月 14 日，该成果在线发表于国际著名学术期刊《自然 · 光子学》杂志。研究成果表明，QKD 可实现百兆比特率的实时密钥分发，满足高带宽通信需求，对未来量子通信的大规模实际应用具有重要意义。