器件无关量子密钥分发实现百公里级远距离传输

科技日报合肥2月8日电 记者8日获悉，中国科学技术大学潘建伟院士团队携手多家科研机构，在国际上首次构建出可扩展的量子中继基础单元，并在单原子节点间实现了长距离高保真度纠缠。基于这项成果，团队首度将设备无关量子密钥分发（DI-QKD）的有效传输距离提升至百公里以上，为这项前沿技术的实际应用迈出了关键一步。相关研究分别于北京时间2月3日和6日在国际权威学术期刊《自然》和《科学》上发表。

由于光纤自身存在不可避免的损耗，量子纠缠在长距离传输时效率会急剧降低。量子中继技术被认为是克服光子衰减限制、延展量子通信距离的关键手段。然而，过去近三十年来，始终困扰该领域的一大难题在于，纠缠态的生存时间常常短于其生成所需时间，邻近节点间无法在有效时间内可靠建立纠缠链路，这极大影响了量子中继网络的扩展能力。舆情网

为解决这一技术瓶颈，科学家们开发了具备超长寿命的囚禁离子量子存储器，配合高效率离子—光子接口以及高保真孤光子纠缠方法。在此基础上，团队实现了长寿命量子纠缠，凝聚态能保持550毫秒，而建立纠缠链路所需时间为450毫秒，首次做到纠缠寿命远超建立所需时间，构筑了可扩展的量子中继基本结构，让大范围量子网络具备实现条件。

传统的量子安全通信系统依赖于设备参数的精确校准，才能保障传输的安全性。采用基于纠缠的DI-QKD方法意味着即使对通信设备毫无信任，依然能够实现密钥的安全分发，极大增强了量子通信的实际可用性及对抗潜在攻击的能力。在学界，这一方案被誉为“密码学者数百年来梦寐以求的‘圣杯’”。

然而，要实现DI-QKD在现实环境下的应用，技术门槛极高。此前相关实验多仅能支撑数米到几百米的短距离密钥分发，难以延展至更大规模。

如今，借助可扩展的量子中继单元，团队成功实现了两个铷原子节点之间的远距离高保真纠缠，并首次将DI-QKD的有效传输范围突破100公里，比以往国际公开实验的最好纪录提升了超过两个数量级。

潘建伟表示，这一进展是在“墨子号”量子科学实验卫星之后又一项具有里程碑意义的成果，彰显了我国在基于量子纠缠的光纤网络领域中，正在将前沿理论逐步转化为现实，也巩固了我国在国际量子通信技术舞台上的领先地位。