2020 年度新知答主
提高量子密钥率是量子通信最紧迫的任务之一。更高的密钥率可以实现更频繁的密钥交换，这不仅可以为更多的网络用户提供服务，而且还能大大提高量子通信的效率。我国的科学家们引入了异步匹配技术和响应过滤方法，创造了城际量子密钥率的新纪录。在传输距离为201公里时，量子密钥率超过了每秒57000比特;而在传输距离为306公里时，量子密钥率超过了每秒5000比特。这项成果已于20日在国际学术期刊《物理评论快报》上发表。
安全是量子通信的最大特征。量子密钥分发是量子通信的主要方式之一，它相当于在通信两端之间增加了一个“对暗号”环节。双方通过密码验证和环境安全确认后，才能进行信息传输，从而实现无条件安全的保密通信。对暗号的速度越快，即密钥率越高，量子通信效率也就越高。
在目前所有的量子密钥分发协议中，“双场”是最适合远距离传输的一种。然而，实现这种协议需要严苛的条件：在通信两端之间需要额外架设一条服务光纤或加装一个光模块，以降低传输中的“信号”失误。相比之下，“测量设备无关”是一种更为简单的协议，它可以关闭量子网络中的所有探测端漏洞，以防止窃听。尽管它们的密钥生成效率较低，但量子通信的距离仍然受到限制。因此，这两种协议都有其优缺点。
北京量子信息科学研究院的袁之良团队与南京大学物理学院的副教授尹华磊合作，将“异步匹配”技术应用于量子通信。他们大大提高了密钥率，并集中了“双场”协议和“测量设备无关”协议的优势，以更简单的量子通信架构实现了尽可能长的量子通信距离。
这一研究的最大贡献在于它创造了城际量子密钥率的新纪录。相距400公里处的密钥率比此前提高了6个数量级。在传输距离306公里的安全密钥率超过每秒5000比特，而在传输距离201公里下，量子密钥率超过每秒57000比特，这已经足以满足城市间语音通信的实时加密需求。
更高的密钥率在现实中意味着什么呢？北京量子研究院副研究员周来给出了一个比喻：“过去量子通信的效率，就好比2G时代两人之间发送的‘电子邮件’或‘手机短信’，有较长的时间延迟。现在每秒钟可传输5000个比特，就好比3G时代通过无线网进行实时沟通的‘语音通话’，延迟大大降低，效率显著提高。意味着在北京到山东德州的两人，能够实时拨打‘量子电话’。”
审稿人表示，该实验刷新了双光子干涉距离的纪录，将“测量设备无关”协议下的最大光纤传输距离从404公里提高到508公里。
业内人士认为，这一成果对商业化、高安全性的城际量子通信具有重要价值，对我国构建经济高效的城际量子安全网络具有重要意义。
据新华社报道，记者张漫子。
