合肥在線記者 王旭 報道

記者12月27日從中科大獲悉，中國科學技術大學潘建偉院士團隊與合作者首次在國際上實現基於遠距離自由空間信道的測量設備無關量子密鑰分發（MDI-QKD）。這項成果不僅實現了將MDI-QKD從光纖信道拓展到自由空間信道的突破，也開啓了在自由空間信道中實現基於遠距離量子干涉的更復雜量子信息處理任務的可能。

遠距離自由空間MDI-QKD實驗裝置圖

這項成果由潘建偉院士團隊與清華大學王向斌、中科院上海微系統所尤立星等人合作完成。《物理評論快報》日前在線發表了該成果。

MDI-QKD協議利用雙光子干涉技術消除了探測端的所有安全漏洞，無需對測量端的量子設備進行任何安全性假設，被認爲是各種量子密鑰分發協議中的最佳候選協議之一。該協議自2012年首次提出以來，已在光纖信道上得到快速發展，在距離更遠、密鑰速率更高和網絡驗證等方向取得一系列突破。然而，由於光纖存在固有損耗，量子信號不能像經典通信那樣被放大。在自由空間信道，由於真空光信號損耗非常小，通過衛星輔助可以極大擴展量子通信距離。

近年來，隨着“墨子號”量子科學實驗衛星成功發射，基於衛星平臺和地面光纖網相結合的量子通信已成爲構建覆蓋全球量子通信網絡最爲可行的手段。儘管MDI-QKD在光纖中成功實現，但自由空間存在大氣湍流，如何在不穩定信道中實現量子干涉成爲巨大挑戰。

由於自由空間大氣湍流破壞了空間模式，在進行干涉測量前需要用單模光纖進行空間濾波，由此帶來的耦合效率低下和強度漲落是該實驗兩大難點。潘建偉團隊開發了一種具有抵抗強湍流能力的自適應光學系統，並使用超穩晶振作爲獨立時鐘源，成功解決了兩大難點。

隨後，潘建偉團隊利用清華大學王向斌的四強度優化協議，在上海城市大氣信道中實現首個自由空間MDI-QKD，通信雙方距離爲19.2 公里。這一距離遠遠超過地球大氣的等效厚度，標誌着向基於衛星的MDI-QKD邁出堅實一步。這項研究所發展的相關技術，也爲在自由空間進行量子網絡等量子干涉相關實驗開闢了道路。

本期編輯：牛瞳

來源：合肥在線