1月17日，闻名的学术刊物《天然·光子学》在线宣布了来自我国科学技能大学的一项研讨效果。我国科大郭光灿院士团队韩正甫教授及其合作者，近期完成了833公里光纤量子密钥分发，将安全传输间隔世界纪录进步了200余公里，向完成千公里陆基量子保密通讯迈出重要一步。

　　量子密钥分发根据量子物理的基本原理，在信息安全层面上供给了偷听可感知的密钥分发手法。光量子是量子信息的天然载体，但线路中不可避免的损耗约束了量子密钥分发的安全间隔，也是限制广域量子保密通讯网络布置和使用的关键要素之一。因而，怎样延伸光量子密钥分发直接传输的安全间隔，成为当时极具应战的难点和焦点之一。

　　“光量子密钥分发直接传输的安全间隔逐渐逼近了1000公里级，这就为未来广域量子通讯网奠定很好根底。”面临记者的来访，我国科大韩正甫教授热心肠向记者解说，将来构建的广域量子通讯网，能够散布在多个城市的，并且具有城际主干线路和具有城域子网。“这样的分层结构，为较多用户供给服务的量子通讯网络。”

　　韩正甫教授告知记者，影响量子密钥分发传输间隔的首要要素是信噪比。噪声包含信道扰动、勘探器暗计数等。原则上只需充沛按捺噪声就能够进步传输间隔。“可是也不能说噪声为零，就能够传输无限远。”韩正甫教授进一步解说道，这是因为线路除了噪声还存在衰减，衰减会使得密钥生成率下降，密钥率太低无法满意任何实践使用需求，即便没有噪声，也失去了使用价值。因而决议传输间隔的首要要素是信噪比和衰减。

　　“咱们团队一向致力于完成长间隔量子密钥分发，2012年发明了206公里的记载。2018年的时分咱们在双场协议的理论和试验方面做出了一些关键性打破，完成了300公里光纤信道的双场试验，这是世界上首个在光纤信道中打破理论极限的试验。”韩正甫教授告知记者，这些作业中，课题组开展了协议理论剖析的办法，打破了光源相位确定，信道相位补偿等几项关键技能，这为团队完成833公里奠定了根底。

　　“量子通讯一向是竞赛剧烈的世界赛道。”韩正甫教授告知记者，现在世界上，比较有竞赛力的团队是东芝剑桥研讨所，他们是双场协议原始理论提出者，试验上也完成了600公里的双场体系。此外，英国利兹大学，日本东京大学等在理论方面也有不少造就。

　　2018年，英国科学家提出的双场量子密钥分发协议打破了原有的理论极限，但其理论的完善和试验技能的拓荒极具应战性。

　　“曾经的协议一般是单光子协议，尽管也需求用到相干态，可是相干态是本地制备的，通过不等臂干与，相位补偿也比较简单。”韩正甫教授告知记者，双场协议不同于之前的协议，该协议首要根据可干与的长途异地制备的相干态，这就对光源提出了十分严苛的要求。不只光源，双场协议还要求一对相干态通过不同的、长途信道传输后还能够近完美的干与，这意味着信道相位补偿也很有应战性。

　　“总的来说，双场协议对试验技能提出了很高的要求。在理论上，这个协议的安全性不是根据单光子描绘的，因而较为杂乱，所以理论上怎样证明安全性，怎样剖析各种非完美特性也是必需求处理的问题。”韩正甫说。

　　通过了一番仔细的研讨，韩正甫教授和他团队以为，这个协议提出的首要意图是为了打破“密钥率-信道损耗”极限。国外也有理论物理学家证明，原则上任何端到端的协议都不能打破一个叫做线性界的极限，因而传输间隔十分受限。“双场协议把丈量设备挪到了信道中心，根据单光子干与，然后绕开了线性界的捆绑，拓荒了新的研讨方向，是一个立异性很强的作业。”韩正甫说。

　　“可是双场协议刚提出时，其安全性证明并不完善，且试验上需求大局相位随机化，并在传输后，由用户筛选出相位匹配的状况才干发生密钥，这些过程下降了密钥率，试验完成也比较杂乱。因而，在理论和试验上，双场协议拓荒了新的方向，可是也意味着需求处理许多问题。”韩正甫表明，立异有时就先有必要从打破固有的理论开端。

　　郭光灿、韩正甫研讨组在2019年首先提出了免相位后挑选的双场类协议，并初次在300公里光纤信道中验证了此类协议的可行性。

　　“2018年的时分，咱们团队初次在理论上证明，双场协议的编码形式，能够不做相位随机化，也就不必相位后挑选了，这样密钥率能够明显进步，试验上也大幅度简化了。”韩正甫告知记者，他们的这个理论立异，当时令许多同行感到意外。因为之前学术界以为，大局随机化是安全性的必要保证。

　　免相位后挑选协议的简洁性和高密钥率的优势，使得该协议成为量子通讯范畴竞相评论热门之一。“当然咱们也注意到，咱们的免相位后挑选协议因为编码时彻底丢掉了相位随机化，极限安全间隔有些下降。后来咱们想到或许能够在编码时恰当添加几个相位，这样进一步混肴偷听者的信息，然后能够延伸安全间隔。”韩正甫表明，他们规划出的四相位调制的双场协议，结合了免相位后挑选协议和后挑选协议的一些特色，在极限状况下有特别的优势。

　　通过2年多的探究，郭光灿、韩正甫团队提出了改善的四相位调制双场协议，并进一步进步了独立光源的锁相稳频技能、高带宽信道相位补偿技能、高信噪比的单光子勘探信号鉴别技能等关键技能，将光纤双场量子密钥分发的安全传输间隔延伸至833公里。

　　斗胆而谨慎的理论立异打破，为我国量子通讯在竞赛剧烈的世界赛道上又一次赢得优势。比较于国内外其他研讨团队作业，韩正甫团队这项效果不只将光纤量子密钥分发间隔从500多公里大幅进步至833公里，并且将安全码率进步了50-1000倍，为完成千公里量级陆基广域量子保密通讯网络迈出重要一步。

　　“现实上，立异是没有止境的，未来量子密钥分发的极限传输间隔还很难猜测。可是根据现在的开展趋势，到达1000公里左右应该是掌握较大的。”韩正甫告知记者，根据双场类的协议，千公里的QKD主干线路或许完成，这关于幅员辽阔的我国来说，完成大范围国家中心城市之间的量子通讯网络有很大价值。

　　韩正甫教授也坦言，从根本上来看，双场协议并不能改动密钥率跟着间隔指数衰减的现实，未来的洲际量子通讯仍是需求凭借量子中继的。“可是，量子中继真实有用或许还需求比较长的时刻，双场协议能够处理当时的大部分问题吧。”韩正甫说。