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      【科技前沿】我科學家實現百兆比特率量子密鑰分發 將國際成碼率紀錄提升一個數量級

      發布時間:2023-03-15 10:22:00來源: 光明網-《光明日報》

        【科技前沿】

        光明日報合肥3月14日電(記者常河 通訊員王敏)日前,我國科學家通過發展高保真度集成光子學量子態調控、高計數率超導單光子探測等關鍵技術,在國際上實現百兆比特率的實時量子密鑰分發,實驗結果將此前的成碼率紀錄提升一個數量級。此項成果由中國科學技術大學潘建偉院士、徐飛虎教授等與中科院上海微系統與信息技術研究所、濟南量子技術研究院、哈爾濱工業大學等單位的科研人員合作。

        量子密鑰分發(QKD)基于量子力學基本原理,可以實現原理上無條件安全的保密通信。提高QKD的成碼率對其實用化起著至關重要的作用。高碼率可為更多用戶提供服務,實現大數據共享、分布式存儲加密等高帶寬需求的應用。此前國際上最高的實時成碼率是10兆比特每秒(10公里標準光纖信道下)。為了實現更高的密鑰率,需要解決系統發送端、接收端和后處理等技術瓶頸。在發送端,高碼率QKD需要高保真度的量子態調制,然而現有QKD系統在高速調制下會產生較高誤碼率;在接收端,同時具有高效率和高計數率能力的單光子探測器不可或缺,超導納米線單光子探測器(SNSPD)具有高效率和低噪聲的優點,但其計數率通常受到較長恢復時間的限制。

        潘建偉、徐飛虎研究組發展了集成光子片上高速高保真度偏振態調制技術,系統重頻達到2.5吉赫茲,量子比特誤碼率優于0.35%;結合中科院上海微系統所尤立星團隊最新研制的八像素SNSPD,實現了高計數率、高效率的單光子探測,在每秒輸入5.5億個光子時仍能保持62%的探測效率;同時,研究組發展了偏振反饋控制、高速后處理模塊等。

        在上述技術突破的基礎上,研究團隊實現了10公里標準光纖信道下115.8兆比特每秒的密鑰率,較之前紀錄提高了約一個數量級;系統穩定運行超過50個小時,在傳輸距離328公里下碼率超過200比特每秒。

        3月14日,該成果在線發表于國際著名學術期刊《自然·光子學》雜志。研究成果表明,QKD可實現百兆比特率的實時密鑰分發,滿足高帶寬通信需求,對未來量子通信的大規模實際應用具有重要意義。

      (責編:李雨潼)

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