研究人員通過(guò)噪聲抑制光子發(fā)射技術(shù)保護(hù)量子數(shù)據(jù)免受外部干擾，實(shí)現(xiàn)了在62英里（100公里）光纖上的設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）。這項(xiàng)由陸博偉（Bo-Wei Lu）與國(guó)際團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的研究，將這種特殊加密方法的有效傳輸距離提升了約兩個(gè)數(shù)量級(jí)，推動(dòng)了該技術(shù)向城域級(jí)應(yīng)用的邁進(jìn)。

硬件無(wú)關(guān)的安全性

現(xiàn)有加密方法可能受未來(lái)量子計(jì)算機(jī)算力威脅。傳統(tǒng)量子密鑰分發(fā)（QKD）雖能應(yīng)對(duì)，但要求用戶驗(yàn)證硬件是否完全按制造商規(guī)格運(yùn)行。DI-QKD通過(guò)利用貝爾不等式破缺解決了這一問(wèn)題：該方法基于糾纏粒子的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性驗(yàn)證安全性，將物理設(shè)備視為"黑箱"。由于安全性源自物理定律而非硬件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即使設(shè)備由未經(jīng)驗(yàn)證的第三方提供，系統(tǒng)仍能保持安全。研究人員在新聞稿中指出："但DI-QKD要求極高，需在長(zhǎng)距離上實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量糾纏態(tài)與高效探測(cè)。此前該技術(shù)僅在短距離實(shí)驗(yàn)室原理驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。"

62英里傳輸?shù)募夹g(shù)挑戰(zhàn)

光纖中的信號(hào)損耗和環(huán)境干擾使得長(zhǎng)距離保持高質(zhì)量糾纏態(tài)極為困難。為實(shí)現(xiàn)62英里傳輸，陸博偉團(tuán)隊(duì)采用了多項(xiàng)技術(shù)方案。新聞稿補(bǔ)充說(shuō)明："通過(guò)結(jié)合單光子干涉、量子頻率轉(zhuǎn)換至低損耗通信波段等先進(jìn)技術(shù)，研究團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離高保真糾纏態(tài)分發(fā)。"該團(tuán)隊(duì)還運(yùn)用噪聲抑制光子發(fā)射技術(shù)，防止量子信息因外部干擾而衰減。研究人員總結(jié)稱："團(tuán)隊(duì)在有限數(shù)據(jù)條件下實(shí)現(xiàn)了11公里距離的可證明安全量子密鑰生成，并證明即使在100公里處仍可能獲得正向密鑰率。"結(jié)果表明DI-QKD技術(shù)已具備城域范圍內(nèi)多點(diǎn)連接的可行性。

量子光纖傳輸?shù)幕A(chǔ)研究

此次62英里實(shí)驗(yàn)與《有趣工程》早前報(bào)道的多國(guó)獨(dú)立研究相呼應(yīng)，這些研究證實(shí)了量子比特可通過(guò)長(zhǎng)距離光纖基礎(chǔ)設(shè)施傳輸。其中基礎(chǔ)性工作主要由荷蘭代爾夫特理工大學(xué)完成：該校研究者利用金剛石晶體中的氮空位中心存儲(chǔ)傳輸信息，將量子比特編碼于氮原子電子和金剛石晶格內(nèi)碳原子核態(tài)中。在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)在大學(xué)與海牙實(shí)驗(yàn)室間建立了15.5英里的光纖鏈路，連接兩處嵌入金剛石晶格的氮原子。該成功傳輸證明利用現(xiàn)有光纖網(wǎng)絡(luò)可在獨(dú)立設(shè)施間建立量子糾纏，為近期62英里DI-QKD實(shí)驗(yàn)奠定了理論基礎(chǔ)。

本研究已發(fā)表于《科學(xué)》期刊。

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