济南量子技术研究院成功实现无需统一光学频率参考的双场量子密钥分发
近日,济南量子技术研究院王向斌高级研究员、张强高级研究员与中国科学技术大学潘建伟院士团队合作,在500公里光纤距离下,实现了无需统一光学频率参考的双场量子密钥分发(TF-QKD),推动了TF-QKD技术及网络的实用化。相关研究成果于2024年6月28日发表在国际学术期刊《Physical Review Letters》。研究院陈玖朋副研究员、周飞研究员和张驰副研究员是论文共同第一作者,研究院是第一完成单位。
TF-QKD协议将无中继QKD密钥率随信道透过率线性下降的关系提升至平方根相关,突破了QKD的密钥率-距离限制,被认为是量子通信骨干网的理想解决方案之一。针对TF-QKD光纤链路的波动,一种简单处理方法是引入强相位参考光,在数据处理中利用参考光的干涉结果来进行补偿。要实现TF-QKD的实用化,仍然需要解决远距离独立激光器的频率偏差这一主要挑战。尽管可以通过统一光学频率,利用时频传输或光学锁相环来控制独立激光器的频率,或者采用高速频率偏差探测并在数据后处理中进行补偿,但这些方法都使得TF-QKD在实际网络中的实施具有很高的技术难度和成本,从而阻碍了其实用化。
在本论文中,研究团队利用乙炔分子气室作为本地的绝对频率参考,成功实现了500公里基于本地频率参考的TF-QKD。通过乙炔饱和吸收谱来控制激光器的长期频率漂移,从而降低了激光器频率偏差控制的实施成本和技术难度。基于此技术,所有节点只需依靠本地参考,而不需要节点间共享统一的光学频率参考,在利用TF-QKD构建大规模网络时具有重要意义。
本项研究获得了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院、山东省等的支持。
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