我國(guó)科學(xué)家創(chuàng)造城際量子密鑰率新紀(jì)錄


中國(guó)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)信息網(wǎng)   時(shí)間:2023-06-26





  提高量子密鑰率是量子通信最緊迫的任務(wù)之一。更高的密鑰率可實(shí)現(xiàn)更頻繁的密鑰交換,不僅能為更多網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供服務(wù),還能顯著提高量子通信效率。我國(guó)科學(xué)家將異步匹配技術(shù)與響應(yīng)過(guò)濾方法引入量子通信,創(chuàng)造了城際量子密鑰率的新紀(jì)錄——傳輸距離201公里下量子密鑰率超過(guò)每秒57000比特、傳輸距離306公里下量子密鑰率超過(guò)每秒5000比特。相關(guān)成果20日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》。


  安全是量子通信的最大特征。作為量子通信的主要方式之一,量子密鑰分發(fā)相當(dāng)于在通信兩端之間加入一個(gè)“對(duì)暗號(hào)”的環(huán)節(jié),雙方通過(guò)密碼驗(yàn)證、確保環(huán)境安全后,再進(jìn)行信息傳輸,可實(shí)現(xiàn)原理上無(wú)條件安全的保密通信?!皩?duì)暗號(hào)”的速度越快,即密鑰率越高,量子通信效率也就越高。


  在目前所有量子密鑰分發(fā)協(xié)議中,“雙場(chǎng)”是最適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊环N,但實(shí)現(xiàn)條件嚴(yán)苛:通信兩端之間需額外架設(shè)一條服務(wù)光纖或加裝一個(gè)光模塊以降低傳輸中的“信號(hào)”失誤。“測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)”作為另一種協(xié)議,可關(guān)閉量子網(wǎng)絡(luò)中的所有探測(cè)端漏洞以防止竊聽(tīng),雖架構(gòu)較“雙場(chǎng)”更加簡(jiǎn)單,但密鑰生成效率較低,量子通信距離受到限制。這兩種協(xié)議各有利弊。


  北京量子信息科學(xué)研究院袁之良團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)物理學(xué)院副教授尹華磊合作,將“異步匹配”技術(shù)應(yīng)用于量子通信,大大提高了密鑰率,且集中了“雙場(chǎng)”協(xié)議與“測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)”協(xié)議的優(yōu)勢(shì),以更簡(jiǎn)單的量子通信架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了盡可能長(zhǎng)的量子通信距離。


  這一研究的最大貢獻(xiàn)是創(chuàng)造了城際量子密鑰率的新紀(jì)錄。在相距400公里處的密鑰率較此前提高了6個(gè)數(shù)量級(jí)。在傳輸距離306公里的安全密鑰率超過(guò)每秒5000比特,傳輸距離201公里下量子密鑰率超過(guò)每秒57000比特,已可滿(mǎn)足城市間語(yǔ)音通信的實(shí)時(shí)加密需求。


  更高的密鑰率在現(xiàn)實(shí)中意味著什么?北京量子研究院副研究員周來(lái)打了一個(gè)比方:“過(guò)去量子通信的效率,就好比2G時(shí)代兩人之間發(fā)送的‘電子郵件’或‘手機(jī)短信’,有較長(zhǎng)的時(shí)間延遲。現(xiàn)在每秒鐘可傳輸5000個(gè)比特,就好比3G時(shí)代通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通的‘語(yǔ)音通話(huà)’,延遲大大降低,效率顯著提高。意味著在北京到山東德州的兩人,能夠?qū)崟r(shí)撥打‘量子電話(huà)’。”


  審稿人表示,該實(shí)驗(yàn)還刷新了雙光子干涉距離紀(jì)錄,將“測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)”協(xié)議下的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里。


  業(yè)內(nèi)認(rèn)為這一成果對(duì)商用化、高安全性的城際量子通信具有重要價(jià)值,對(duì)我國(guó)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)高效的城際量子安全網(wǎng)絡(luò)具有重要意義。(記者 張漫子)


  轉(zhuǎn)自:新華社

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