在城市规模的距离上向实现量子安全互联网迈出的重要一步

研究人员在实现量子安全互联网的道路上迈出了重要一步：他们通过长达 100 公里的光纤演示了与设备无关的量子密钥分发。研究结果表明，这种方法可在都市规模保障加密通信安全——这一传输距离远超以往结果——它将帮助缩小原理验证量子网络实验与实际应用之间的差距。量子密钥分发（QKD）是量子技术应用的前沿领域，它能实现格外安全的数字通信。早期形式的 QKD 是通过用可信设备来确保安全性，但它们存在技术限制和漏洞。一种更先进的方法是与器件无关的量子密钥分发（DI-QKD），后者的安全性直接源于量子基本现象（特别是贝尔不等式违背），而无需信任量子设备的内在工作机制。然而，DI-QKD 对技术的要求极高，它需要在长距离范围内实现高质量纠缠及高效探测。迄今为止，DI-QKD 仅在短距离内和基于实验室的原理验证实验中得到演示。Bo-Wei Lu 和同事在此报告了在由长达 100 公里光纤连接的两个纠缠原子之间所实现的 DI-QKD。通过结合单光子干涉、量子频率转换到低损耗电信波长以及噪声抑制光子发射等先进技术，Lu 等人成功实现了长距离高保真纠缠态分发，并在数据量有限的情况下实现了长 11 公里的可证明的安全量子密钥生成；他们还证实了即使在 100 公里的距离上也能实现正密钥率。据作者披露，与此前的演示相比，这一成就将 DI-QKD 的距离提升了两个数量级以上。