我國首次實現(xiàn)自由空間信道實現(xiàn)測量設備無關(guān)量子密鑰的分發(fā)實驗。

近日，中國科大潘建偉及其同事彭承志、張強等與清華大學王向斌，中科院上海微系統(tǒng)所尤立星等人合作，首次在國際上實現(xiàn)了基于遠距離自由空間信道的測量設備無關(guān)量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）實驗。

據(jù)悉，MDI-QKD 協(xié)議利用雙光子干涉技術(shù)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，被認為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一。

該協(xié)議自2012年提出，在光纖信道方面經(jīng)過了長時間的發(fā)展后，在距離更遠、密鑰速率更高和網(wǎng)絡驗證等方向取得了一系列突破。但由于光纖通信和量子信號本身存在一定弊端，MDI-QKD協(xié)議僅憑光纖實現(xiàn)超遠距離的密鑰分發(fā)仍然很難。

近年來，隨著“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星的成功，基于衛(wèi)星平臺和地面光纖網(wǎng)相結(jié)合的量子通信已成為構(gòu)建覆蓋全球量子通信網(wǎng)絡最為可行的手段。但由于大氣湍流的存在，如何在如此不穩(wěn)定的信道中實現(xiàn)量子干涉成為了巨大的挑戰(zhàn)。

潘建偉團隊開發(fā)了一種具有抵抗強湍流能力的自適應光學系統(tǒng)，并使用超穩(wěn)晶振作為獨立時鐘源，成功實現(xiàn)了MDI-QKD在自由空間信道中傳輸，讓于衛(wèi)星平臺和地面光纖網(wǎng)相結(jié)合的量子通信能夠得以實現(xiàn)。

此外，在MDI-QKD以外的許多量子信息任務中，實現(xiàn)獨立單光子在自由空間信道中長距離傳播后的量子干涉是不可避免的。

這項實驗成果不僅實現(xiàn)了將 MDI-QKD 從光纖信道拓展到自由空間信道的突破，也開啟了在自由空間信道中實現(xiàn)基于遠距離量子干涉的更復雜的量子信息處理任務的可能。

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