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。