中科大量子通讯领域再获突破性进展

我国首次实现自由空间信道实现测量设备无关量子密钥的分发实验。

近日，中国科大潘建伟及其同事彭承志、张强等与清华大学王向斌，中科院上海微系统所尤立星等人合作，首次在国际上实现了基于远距离自由空间信道的测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）实验。

据悉，MDI-QKD 协议利用双光子干涉技术消除了探测端的所有安全漏洞，无需对测量端的量子设备进行任何安全性假设，被认为是各种量子密钥分发协议中的最佳候选协议之一。

该协议自2012年提出，在光纤信道方面经过了长时间的发展后，在距离更远、密钥速率更高和网络验证等方向取得了一系列突破。但由于光纤通信和量子信号本身存在一定弊端，MDI-QKD协议仅凭光纤实现超远距离的密钥分发仍然很难。

近年来，随着“墨子号”量子科学实验卫星的成功，基于卫星平台和地面光纤网相结合的量子通信已成为构建覆盖全球量子通信网络最为可行的手段。但由于大气湍流的存在，如何在如此不稳定的信道中实现量子干涉成为了巨大的挑战。

潘建伟团队开发了一种具有抵抗强湍流能力的自适应光学系统，并使用超稳晶振作为独立时钟源，成功实现了MDI-QKD在自由空间信道中传输，让于卫星平台和地面光纤网相结合的量子通信能够得以实现。

此外，在MDI-QKD以外的许多量子信息任务中，实现独立单光子在自由空间信道中长距离传播后的量子干涉是不可避免的。

这项实验成果不仅实现了将 MDI-QKD 从光纤信道拓展到自由空间信道的突破，也开启了在自由空间信道中实现基于远距离量子干涉的更复杂的量子信息处理任务的可能。

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