近日，中國科大潘建偉及其同事彭承志、張強(qiáng)等與清華大學(xué)王向斌，中科院上海微系統(tǒng)所尤立星等人合作，首次在國際上實(shí)現(xiàn)了基于遠(yuǎn)距離自由空間信道的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)（MDI-QKD）實(shí)驗(yàn)。
據(jù)悉，MDI-QKD協(xié)議利用雙光子干涉技術(shù)消除了探測端的所有安全漏洞，無需對測量端的量子設(shè)備進(jìn)行任何安全性假設(shè)，被認(rèn)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年提出，在光纖信道方面經(jīng)過了長時(shí)間的發(fā)展后，在距離更遠(yuǎn)、密鑰速率更高和網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證等方向取得了一系列突破。但由于光纖通信和量子信號本身存在一定弊端，MDI-QKD協(xié)議僅憑光纖實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離的密鑰分發(fā)仍然很難。
近年來，隨著“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的成功，基于衛(wèi)星平臺和地面光纖網(wǎng)相結(jié)合的量子通信已成為構(gòu)建覆蓋全球量子通信網(wǎng)絡(luò)最為可行的手段。但由于大氣湍流的存在，如何在如此不穩(wěn)定的信道中實(shí)現(xiàn)量子干涉成為了巨大的挑戰(zhàn)。
潘建偉團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種具有抵抗強(qiáng)湍流能力的自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)，并使用超穩(wěn)晶振作為獨(dú)立時(shí)鐘源，成功實(shí)現(xiàn)了MDI-QKD在自由空間信道中傳輸，讓于衛(wèi)星平臺和地面光纖網(wǎng)相結(jié)合的量子通信能夠得以實(shí)現(xiàn)。
此外，在MDI-QKD以外的許多量子信息任務(wù)中，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立單光子在自由空間信道中長距離傳播后的量子干涉是不可避免的。
這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)成果不僅實(shí)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(shí)現(xiàn)基于遠(yuǎn)距離量子干涉的更復(fù)雜的量子信息處理任務(wù)的可能。
