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提高量子密钥率是量子通信最紧迫的任务之一。更高的密钥率可实现更频繁的密钥交换，不仅能为更多网络用户提供服务，还能显著提高量子通信效率。我国科学家将异步匹配技术与响应过滤方法引入量子通信，创造了城际量子密钥率的新纪录——传输距离201公里下量子密钥率超过每秒57000比特、传输距离306公里下量子密钥率超过每秒5000比特。相关成果20日发表于国际学术期刊《物理评论快报》。
安全是量子通信的最大特征。作为量子通信的主要方式之一，量子密钥分发相当于在通信两端之间加入一个“对暗号”的环节，双方通过密码验证、确保环境安全后，再进行信息传输，可实现原理上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。
在目前所有量子密钥分发协议中，“双场”是最适合远距离传输的一种，但实现条件严苛：通信两端之间需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。“测量设备无关”作为另一种协议，可关闭量子网络中的所有探测端漏洞以防止窃听，虽架构较“双场”更加简单，但密钥生成效率较低，量子通信距离受到限制。这两种协议各有利弊。
北京量子信息科学研究院袁之良团队与南京大学物理学院副教授尹华磊合作，将“异步匹配”技术应用于量子通信，大大提高了密钥率，且集中了“双场”协议与“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是创造了城际量子密钥率的新纪录。在相距400公里处的密钥率较此前提高了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，传输距离201公里下量子密钥率超过每秒57000比特，已可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？北京量子研究院副研究员周来打了一个比方：“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，该实验还刷新了双光子干涉距离纪录，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。
业内认为这一成果对商用化、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。
据新华社电记者张漫子
发布时间：2023-06-24 12:00
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