【科技前沿】我科學(xué)家實(shí)現(xiàn)百兆比特率量子密鑰分發(fā) 將國(guó)際成碼率紀(jì)錄提升一個(gè)數(shù)量級(jí)
【科技前沿】
光明日?qǐng)?bào)合肥3月14日電(記者常河 通訊員王敏)日前,我國(guó)科學(xué)家通過(guò)發(fā)展高保真度集成光子學(xué)量子態(tài)調(diào)控、高計(jì)數(shù)率超導(dǎo)單光子探測(cè)等關(guān)鍵技術(shù),在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)百兆比特率的實(shí)時(shí)量子密鑰分發(fā),實(shí)驗(yàn)結(jié)果將此前的成碼率紀(jì)錄提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。此項(xiàng)成果由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、徐飛虎教授等與中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所、濟(jì)南量子技術(shù)研究院、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位的科研人員合作。
量子密鑰分發(fā)(QKD)基于量子力學(xué)基本原理,可以實(shí)現(xiàn)原理上無(wú)條件安全的保密通信。提高QKD的成碼率對(duì)其實(shí)用化起著至關(guān)重要的作用。高碼率可為更多用戶提供服務(wù),實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)共享、分布式存儲(chǔ)加密等高帶寬需求的應(yīng)用。此前國(guó)際上最高的實(shí)時(shí)成碼率是10兆比特每秒(10公里標(biāo)準(zhǔn)光纖信道下)。為了實(shí)現(xiàn)更高的密鑰率,需要解決系統(tǒng)發(fā)送端、接收端和后處理等技術(shù)瓶頸。在發(fā)送端,高碼率QKD需要高保真度的量子態(tài)調(diào)制,然而現(xiàn)有QKD系統(tǒng)在高速調(diào)制下會(huì)產(chǎn)生較高誤碼率;在接收端,同時(shí)具有高效率和高計(jì)數(shù)率能力的單光子探測(cè)器不可或缺,超導(dǎo)納米線單光子探測(cè)器(SNSPD)具有高效率和低噪聲的優(yōu)點(diǎn),但其計(jì)數(shù)率通常受到較長(zhǎng)恢復(fù)時(shí)間的限制。
潘建偉、徐飛虎研究組發(fā)展了集成光子片上高速高保真度偏振態(tài)調(diào)制技術(shù),系統(tǒng)重頻達(dá)到2.5吉赫茲,量子比特誤碼率優(yōu)于0.35%;結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)所尤立星團(tuán)隊(duì)最新研制的八像素SNSPD,實(shí)現(xiàn)了高計(jì)數(shù)率、高效率的單光子探測(cè),在每秒輸入5.5億個(gè)光子時(shí)仍能保持62%的探測(cè)效率;同時(shí),研究組發(fā)展了偏振反饋控制、高速后處理模塊等。
在上述技術(shù)突破的基礎(chǔ)上,研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了10公里標(biāo)準(zhǔn)光纖信道下115.8兆比特每秒的密鑰率,較之前紀(jì)錄提高了約一個(gè)數(shù)量級(jí);系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)50個(gè)小時(shí),在傳輸距離328公里下碼率超過(guò)200比特每秒。
3月14日,該成果在線發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》雜志。研究成果表明,QKD可實(shí)現(xiàn)百兆比特率的實(shí)時(shí)密鑰分發(fā),滿足高帶寬通信需求,對(duì)未來(lái)量子通信的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用具有重要意義。
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