据中国科学技术大学官网消息 ， 近日 ， 中国科学技术大学教授潘建伟及其同事张强、陈腾云与济南量子技术研究院王向斌、刘洋等合作 ， 利用中科院上海微系统所尤立星小组研制的超导探测器 ， 基于“济青干线”现场光缆 ， 突破现场远距离高性能单光子干涉技术 ， 分别采用激光注入锁定实现了428公里双场量子密钥分发（TF-QKD） ， 同时利用时频传递技术实现了511公里TF-QKD 。
该研究成果成功创造了现场光纤无中继QKD最远距离新的世界纪录 ， 在超过500公里的光纤成码率打破了传统无中继QKD所限定的成码率极限 ， 即超过了理想的探测装置（探测器效率为100%）下的无中继QKD成码极限 。 上述的工作在实际环境中证明了TF-QKD的可行性 ， 并为实现长距离光纤量子网络铺平了道路 。
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图片来源：中国科学技术大学官网
相关研究成果分别发表于国际著名学术期刊《物理评论快报》（被选为编辑推荐文章）和《自然·光子学》上 ， 并被APS下属网站Physics SYNOPSIS栏目和英国《新科学家》报道 。
量子不可克隆原理保证了QKD的无条件安全性 ， 而未知量子态的不可克隆性 ， 也使得QKD不能像经典光通信那样 ， 通过光放大对传输进行中继 ， 因此实际应用中QKD的传输距离受到光纤损耗的限制 。
相比传统协议 ， TF-QKD协议具有密钥率随信道透过率的平方根尺度下降的优势 ， 所以特别适合远距离QKD 。 此前 ， 潘建伟团队已经在实验室内实现超过500公里TF-QKD的验证 ， 然而 ， 在实际场景的苛刻环境下实现TF-QKD是极其困难的 。 实验室内温度、振动以及人活动引起的声音等噪声都可以被有效隔离 ， 但现场环境中这些是不可避免的 。 由于昼夜温度起伏引起的热胀冷缩效应 ， 现场光缆一天的长度变化总量 ， 比实验室光纤高两个数量级 ， 相应的长度和偏振变化速率 ， 也比实验室光纤快两到三个数量级；并且现场光缆的损耗要高于实验室光纤 ， 即使对现场光缆的各个连接点进行优化 ， 损耗依然比实验室光纤高约10%；此外 ， 由于现场光缆每根纤芯承载着不同的业务 ， 同一光缆中的不同光纤所传输的信号会产生一定程度的相互串扰 ， 这种串扰引起的噪声 ， 比单光子探测器的本底噪声高两个数量级以上 。
潘建伟团队基于王向斌提出的SNS-TF-QKD（“发送-不发送”双场量子密钥分发）协议 ， 发展时频传输技术和激光注入锁定技术 ， 将现场相隔几百公里的两个独立激光器的波长锁定为相同；再针对现场复杂的链路环境 ， 开发了光纤长度及偏振变化实时补偿系统；此外 ， 对于现场光缆中其他业务的串扰 ， 精心设计了QKD光源的波长 ， 并通过窄带滤波将串扰噪声滤除；最后结合中科院上海微系统所研制的高计数率低噪声单光子探测器 ， 在现场将无中继光纤QKD的安全成码距离推至500公里以上 。
【潘建伟|重大突破！中国科大潘建伟团队再创世界纪录，我国现场光纤量子通信突破500公里量级】该工作得到了科技部、自然科学基金委、中科院、山东省和安徽省等的资助 。
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