從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校潘建偉院士團隊與清華大學王向斌、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。

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(jīng)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。

近年來，隨著“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星成功發(fā)射，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)絡最為可行的手段。盡管MDI-QKD在光纖中成功實現(xiàn)，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(shù)，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。

責任編輯：PSY