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我国科学家首创开放式新架构实现615公里光纤量子通信

北京量子信息科学研究院袁之良团队首创量子密钥分发开放式新架构，采用光频梳技术，成功实现615公里光纤量子通信。该架构在确保量子通信安全性的同时，能大幅降低系统建设成本，为我国建设多节点广域量子网络奠定基础。相关成果日前发表于国际学术期刊《自然-通讯》。

安全是量子通信的最大特征。作为量子通信的主要方式之一，量子密钥分发基于量子的不可测量性、不可克隆性，借助“一次一密”的加密方式，为量子通信上了一把“安全锁”。“双场”是目前所有量子密钥分发协议中，最适合远距离传输的一种。

北京量子信息科学研究院首席科学家袁之良介绍，双场架构下量子通信，需要相距遥远的两个独立激光源各自发出“信号”。如果激光源发射的“信号”频率不同，就会出现传输中的“信号”失误。想要避免“信号”失误，就需要一个能实现两端“信号”频率相同的“工具”：服务光纤。这意味着通信两端之间还需额外架设“一条路”，这也就构成了由“两条路”构成的传统架构。

图a为传统闭合光纤架构。图b为中国科学家袁之良团队首创的开放式架构，能够在确保量子通信安全性的同时降低系统建设成本。（受访者制图）

“传统架构，意味着搭建双倍长度的光纤，成本高且结构复杂，系统运行维护起来贵且困难，不利于未来多节点广域量子保密网络的建设。”袁之良说。

此次我国科学家首创的新架构新在何处？北京量子信息科学研究院光量子通信与器件团队成员周来打了一个比方：“如果想要在北京、青岛两地之间进行‘量子通话’，过去需在遥远的通信两端之间连通‘两条路’。新架构出现后‘一条路’就已足够。”

图为北京量子信息科学研究院量子密钥分发实验室。新华社记者张漫子摄

为“节省”下服务光纤但保留其发挥的作用，袁之良团队首次将光频梳技术应用于双场量子密钥分发。“光频梳技术，就好比把一束单频率的光，变成像多个‘梳子齿’一样分隔开来、不同频率的多束光。借助这把神奇的‘梳子’，无需架设服务光纤，即可实现通信两端‘信号’的频率校准，从而实现量子信息的准确传输。”周来说。

此外，在实际的超长距离量子通信中，光纤不免会发生快速抖动，也会影响传输“信号”的准确。光频梳技术还可同步解决光纤抖动的问题，大大降低噪声对量子信号的影响，确保光纤量子信息长距离传输的精准。

“作为世界上首个开放式架构的双场量子密钥分发系统，成功实现615公里的光纤量子通信，在量子通信的实现方案方面有了创新突破。”《自然-通讯》审稿人之一、量子通信科学家王双8日接受记者采访时表示，这一新架构有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破，为未来我国建设多节点广域量子网络奠定基础。

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