量子密钥通过嘈杂光纤传输距离创新纪录

2012年11月21日  来源： 科技日报

　　据《自然》网站11月20日报道，英国物理学家开发出一种新型探测器，将一串量子密钥通过嘈杂的光纤传输了创纪录的距离——90公里。此举说明量子密码学终于进入主流。相关研究成果发表于《物理评论X》上。

　　两个人可以将加密密钥编码为一串光子并共享，任何窃听者都会被量子系统警报拦截。但这样的系统还不能通过电信线路传输密钥，因为其他数据流量会淹没编码信号。因此，量子密码仅有一些特殊应用，如用昂贵的没有其他信号的线路将服务器与附近的备用站点连接。物理学家尝试过解决这个问题，他们在特定波长下沿“量子通道”通过共享纤维发送光子。但问题是，纤维散射标准数据流量的光进入特定波长，偏离的光子会污染量子通道。

　　英国东芝剑桥研究实验室的物理学家安德鲁·希尔兹和同事开发出一种新探测器，能让编码的光子在它们被送出后计算好的精确瞬间击打它，从而从量子通道中辨认出这些光子。

　　希尔兹解释，设计一个有如此精确时间点的探测器是很困难的。标准探测器使用半导体装置，当被单个光子击中时造成电荷雪崩。但是雪崩增长到足够大以对抗检测器内部电流嘶声通常需要比1纳秒（10－9秒）更多的时间，比狭缝需100皮秒（10－10秒）过滤单一光子还长得多。

　　新的“自我区分”探测器每纳秒的激活时长是100皮秒，在这短暂间隔中撞击引发的弱电荷一般不会显现，但如果没有匹配光子可能被探测到，探测器就测量一个运行周期的信号和前一周期的信号之间的差异，这样就抵消了背景杂音。使用该装置，研究小组将一串量子密钥通过光纤传输了90公里，同时也以每秒10亿字节双向传输噪音数据。

　　吉森已计算出这样的技术还不能用于在超过100公里的范围传输量子信号。尽管如此，90公里已经是一项“证明量子密码学在现实世界电信基础设施的应用前进了一大步的世界纪录”，马德里理工大学物理学家维森特·马丁如是评价。（记者杨雪）