記者從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士團隊與合作者首次在國際上實現(xiàn)基于遠距離自由空間信道的測量設備無關量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）。這項成果不僅實現(xiàn)了將MDI-QKD從光纖信道拓展到自由空間信道的突破，也開啟了在自由空間信道中實現(xiàn)基于遠距離量子干涉的更復雜量子信息處理任務的可能。《物理評論快報》日前在線發(fā)表了該成果。

遠距離自由空間MDI-QKD實驗裝置圖

MDI-QKD協(xié)議利用雙光子干涉技術消除了探測端的所有安全漏洞，無需對測量端的量子設備進行任何安全性假設，被認為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一。該協(xié)議自2012年首次提出以來，已在光纖信道上得到快速發(fā)展，在距離更遠、密鑰速率更高和網(wǎng)絡驗證等方向取得一系列突破。然而，由于光纖存在固有損耗，量子信號不能像經典通信那樣被放大。在自由空間信道，由于真空光信號損耗非常小，通過衛(wèi)星輔助可以極大擴展量子通信距離。但自由空間存在大氣湍流，如何在不穩(wěn)定信道中實現(xiàn)量子干涉成為巨大挑戰(zhàn)。?

由于自由空間大氣湍流破壞了空間模式，在進行干涉測量前需要用單模光纖進行空間濾波，由此帶來的耦合效率低下和強度漲落是該實驗兩大難點。潘建偉團隊開發(fā)了一種具有抵抗強湍流能力的自適應光學系統(tǒng)，并使用超穩(wěn)晶振作為獨立時鐘源，成功解決了兩大難點。?

隨后，潘建偉團隊利用清華大學王向斌的四強度優(yōu)化協(xié)議，在上海城市大氣信道中實現(xiàn)首個自由空間MDI-QKD，通信雙方距離為19.2 公里。這一距離遠遠超過地球大氣的等效厚度，標志著向基于衛(wèi)星的MDI-QKD邁出堅實一步。這項研究所發(fā)展的相關技術，也為在自由空間進行量子網(wǎng)絡等量子干涉相關實驗開辟了道路。

（原標題 我首次在自由空間信道實現(xiàn)測量設備無關的量子密鑰分發(fā)）