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我國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)百兆比特率量子密鑰分發(fā) 近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士、徐飛虎教授等與上海微系統(tǒng)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，通過發(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)單光子探測等關(guān)鍵技術(shù)，首次在國際上實(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)錄提升了一個(gè)數(shù)量級。3月14日，這一成果論文在線發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《自然·光子學(xué)》上。 超高速率量子密鑰分發(fā)是關(guān)鍵 通俗地說，量子密鑰分發(fā)可以理解為在網(wǎng)絡(luò)中額外加入一個(gè)環(huán)節(jié)，雙方通過密碼驗(yàn)證，確保安全后，再進(jìn)行信息傳輸�；诹孔恿W(xué)基本原理，量子密鑰分發(fā)(QKD)可以在原理上實(shí)現(xiàn)無條件安全的保密通信。 量子密鑰分發(fā)允許遠(yuǎn)程方提取信息論安全的密鑰，這已經(jīng)引起了科學(xué)界長達(dá)數(shù)十年的關(guān)注。量子密鑰分發(fā)不僅提供了量子安全的密碼解決方案，而且還為了解奇妙的量子世界提供了深刻見解。在應(yīng)用方面，提高量子密鑰分發(fā)的密鑰速率(SKR)是最緊迫的任務(wù)之一，因?yàn)樗梢詫?shí)現(xiàn)更頻繁的密鑰交換，為更多的網(wǎng)絡(luò)用戶或高數(shù)據(jù)率的應(yīng)用提供服務(wù)，幫助實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施保護(hù)、醫(yī)療數(shù)據(jù)共享和分布式存儲(chǔ)加密等。在理論方面，為了實(shí)現(xiàn)可接受的積累時(shí)間，科學(xué)家已經(jīng)對嚴(yán)格的有限密鑰分析進(jìn)行了充分研究。 但到目前為止，SKR仍然限制在每秒幾兆比特左右。 提高成碼率對量子密鑰分發(fā)的實(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。此前國際上最高的實(shí)時(shí)成碼率是10兆比特/秒。 突破技術(shù)瓶頸實(shí)現(xiàn)更高密鑰率 “為了實(shí)現(xiàn)更高的密鑰率，需要解決系統(tǒng)發(fā)送端、接收端和后處理等多重技術(shù)瓶頸�！毖芯咳藛T介紹，首先，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；其次，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器不可或缺，超導(dǎo)納米線單光子探測器(SNSPD)具有高效率和低噪聲的優(yōu)點(diǎn)，但其計(jì)數(shù)率通常受到較長恢復(fù)時(shí)間的限制。 此次，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2.5GHz，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，在每秒輸入5.5億個(gè)光子時(shí)仍能保持62%的探測效率；同時(shí)，研究組還發(fā)展了偏振反饋控制、高速后處理模塊。 |
