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　　中國科(ke)學技術(shu)大(da)學潘建偉、徐飛虎等(deng)與上海微系統(tong)所、濟(ji)南量(liang)子技術(shu)研(yan)究院、哈爾濱工業大(da)學等(deng)單位(wei)的科(ke)研(yan)人員合作，通過(guo)發展(zhan)高保真度(du)集成(cheng)光(guang)子學量(liang)子態調控(kong)、高計數(shu)率(lv)(lv)超導單光(guang)子探(tan)測等(deng)關鍵技術(shu)，首次在(zai)國際(ji)上實(shi)現百兆比特(te)率(lv)(lv)的實(shi)時(shi)量(liang)子密鑰分發，實(shi)驗結(jie)果將此前的成(cheng)碼率(lv)(lv)紀(ji)錄提升一個數(shu)量(liang)級。該成(cheng)果于3月14日(ri)在(zai)線發表(biao)于國際(ji)著名學術(shu)期刊《自然-光(guang)子學》（Nature Photonics）雜(za)志。

　　量子(zi)(zi)密(mi)鑰(yao)(yao)分(fen)發（QKD）基于量子(zi)(zi)力學(xue)基本原理，可(ke)(ke)以實(shi)(shi)現(xian)原理上無條件安(an)全的(de)(de)保密(mi)通信。提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)QKD的(de)(de)成碼率(lv)(lv)對其實(shi)(shi)用(yong)(yong)(yong)化起著至關重要的(de)(de)作用(yong)(yong)(yong)。高(gao)(gao)(gao)碼率(lv)(lv)可(ke)(ke)為更多用(yong)(yong)(yong)戶(hu)提(ti)(ti)供服務，實(shi)(shi)現(xian)大數(shu)據共享、分(fen)布式存儲加密(mi)等(deng)高(gao)(gao)(gao)帶(dai)寬需(xu)(xu)求(qiu)的(de)(de)應用(yong)(yong)(yong)。此(ci)前國際上最高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)實(shi)(shi)時成碼率(lv)(lv)是10Mb/s（10公里標(biao)準光(guang)纖(xian)信道下(xia)）。為了實(shi)(shi)現(xian)更高(gao)(gao)(gao)的(de)(de)密(mi)鑰(yao)(yao)率(lv)(lv)，需(xu)(xu)要解決系統發送(song)端、接(jie)收端和后處理等(deng)技術(shu)瓶(ping)頸。在發送(song)端，高(gao)(gao)(gao)碼率(lv)(lv)QKD需(xu)(xu)要高(gao)(gao)(gao)保真度(du)的(de)(de)量子(zi)(zi)態調制(zhi)，然(ran)而現(xian)有QKD系統在高(gao)(gao)(gao)速調制(zhi)下(xia)會(hui)產生較高(gao)(gao)(gao)誤(wu)碼率(lv)(lv)；在接(jie)收端，同時具有高(gao)(gao)(gao)效率(lv)(lv)和高(gao)(gao)(gao)計數(shu)率(lv)(lv)能力的(de)(de)單光(guang)子(zi)(zi)探測(ce)器不(bu)可(ke)(ke)或(huo)缺，超導納米(mi)線單光(guang)子(zi)(zi)探測(ce)器（SNSPD）具有高(gao)(gao)(gao)效率(lv)(lv)和低噪聲(sheng)的(de)(de)優點(dian)，但其計數(shu)率(lv)(lv)通常受到較長(chang)恢復(fu)時間的(de)(de)限(xian)制(zhi)。

圖1：高碼率量子密鑰分發裝置圖

圖2：量子密鑰分發成(cheng)碼(ma)率對比圖

　　潘建偉、徐飛虎研(yan)(yan)究組(zu)發展(zhan)了(le)集成光(guang)(guang)子(zi)(zi)片上(shang)高(gao)速高(gao)保真度偏(pian)振(zhen)態調制(zhi)技(ji)(ji)術，系統重(zhong)頻(pin)達到2.5 GHz，量子(zi)(zi)比特誤碼(ma)率(lv)優于(yu)0.35%；結合中科院上(shang)海微系統所(suo)尤(you)立星團隊(dui)最新研(yan)(yan)制(zhi)的(de)(de)八像素SNSPD，實(shi)現了(le)高(gao)計數率(lv)、高(gao)效率(lv)的(de)(de)單光(guang)(guang)子(zi)(zi)探測，在(zai)每秒輸(shu)入5.5億個(ge)光(guang)(guang)子(zi)(zi)時(shi)仍能保持62%的(de)(de)探測效率(lv)；同時(shi)，研(yan)(yan)究組(zu)發展(zhan)了(le)偏(pian)振(zhen)反饋控(kong)制(zhi)、高(gao)速后處理模塊等。在(zai)上(shang)述技(ji)(ji)術突破的(de)(de)基礎上(shang)，研(yan)(yan)究團隊(dui)實(shi)現了(le)10公里標準光(guang)(guang)纖信道(dao)下115.8 Mb/s的(de)(de)密鑰(yao)率(lv)，較之前紀錄提高(gao)了(le)約一個(ge)數量級(ji)；系統穩定運行超(chao)過50個(ge)小時(shi)，在(zai)傳輸(shu)距離328公里下碼(ma)率(lv)超(chao)過200b/s。上(shang)述研(yan)(yan)究成果表(biao)明(ming)，QKD可實(shi)現百兆(zhao)比特率(lv)的(de)(de)實(shi)時(shi)密鑰(yao)分發，滿(man)足高(gao)帶寬(kuan)通(tong)信需求，對未來量子(zi)(zi)通(tong)信的(de)(de)大規模實(shi)際應用(yong)具有重(zhong)要意義。

　　本研(yan)究論文(wen)的(de)第(di)一作(zuo)者是中國科(ke)學技術大(da)學博(bo)士后李(li)蔚和(he)博(bo)士生張(zhang)立康。

　　該工(gong)作(zuo)得到了(le)科(ke)技部、自然(ran)科(ke)學基金委、中科(ke)院、安徽省(sheng)和上海(hai)市等(deng)的資(zi)助。