大陸首創開放式新架構 實現615公里光纖量子通訊

大陸科學家首創開放式新架構實現615公里光纖量子通訊。圖爲北京量子資訊科學研究院量子密鑰分發實驗室。（新華社）

新華社9 日報導，北京量子資訊科學研究院袁之良團隊首創「量子密鑰分發開放式新架構」，採用光頻梳技術，成功實現615公里光纖量子通訊。該架構在確保量子通訊安全性同時，能大幅降低系統建設成本，爲中國大陸建設多節點廣域量子網路奠定基礎。相關成果日前發表於國際學術期刊《自然-通訊》。

安全是量子通訊的最大特徵。作爲量子通訊的主要方式之一，量子密鑰分發基於量子的不可測量性、不可複製性，藉助「一次一密」加密方式，爲量子通訊上了一把「安全鎖」。「雙場」是目前所有量子密鑰分發協議中，最適合遠距離傳輸的一種。

北京量子資訊科學研究院首席科學家袁之良表示，雙場架構下量子通訊，需要相距遙遠的兩個獨立雷射源各自發出「訊號」。如果雷射源發射的「訊號」頻率不同，就會出現傳輸中的「訊號」失誤。想要避免「訊號」失誤，就需要一個能實現兩端「訊號」頻率相同的「工具」：服務光纖。這意味着通訊兩端之間還需額外架設「一條路」，這也就構成了由「兩條路」構成的傳統架構。

「傳統架構，意味着搭建雙倍長度的光纖，成本高且結構複雜，系統運行維護起來貴且困難，不利於未來多節點廣域量子保密網路的建設。」袁之良說。

此次大陸科學家首創的新架構新在何處？北京量子資訊科學研究院光量子通訊與器件團隊成員周來打了一個比方：「如果想要在北京、青島兩地之間『量子通話』，過去需在遙遠的通訊兩端之間連通『兩條路』。新架構出現後『一條路』就已足夠。」

爲「節省」下服務光纖但保留其發揮的作用，袁之良團隊首次將光頻梳技術應用於雙場量子密鑰分發。「光頻梳技術，就好比把一束單頻率的光，變成像多個『梳子齒』一樣分隔開來、不同頻率的多束光。藉助這把神奇的『梳子』，無需架設服務光纖，即可實現通訊兩端『訊號』的頻率校準，從而實現量子資訊的準確傳輸。」周來說。

此外，在實際的超長距離量子通訊中，光纖不免會發生快速抖動，也會影響傳輸「訊號」的準確。光頻梳技術還可同步解決光纖抖動的問題，大大降低雜訊對量子訊號的影響，確保光纖量子資訊長距離傳輸的精準。

「作爲世界上首個開放式架構的雙場量子密鑰分發系統，成功實現615公里的光纖量子通訊，在量子通訊的實現方案方面有了創新突破。」《自然-通訊》審稿人之一、量子通訊科學家王雙表示，這一新架構有助於光纖量子密鑰分發距離向千公里級別突破，爲未來大陸建設多節點廣域量子網路奠定基礎。