中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉院士與彭承志教授、曹原副研究員等強強聯(lián)手，攜手清華大學(xué)的王向斌教授以及中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的尤立星研究員，共同在國際上首次成功完成了測量設(shè)備無關(guān)的自由空間-光纖混合量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實驗，相關(guān)成果已經(jīng)在線發(fā)表在《物理評論快報》上。

這個革命性的實驗成果得益于測量設(shè)備無關(guān)的量子密鑰分發(fā)協(xié)議。這種協(xié)議通過雙光子干涉技術(shù)，徹底消除了探測端的所有安全漏洞，無需對測量端的量子設(shè)備進(jìn)行任何安全性假設(shè)。這種協(xié)議被認(rèn)為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一，而利用自由空間信道和衛(wèi)星是實現(xiàn)全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)的最有效途徑。

2020年，這支研究團隊已經(jīng)首次將該協(xié)議拓展到自由空間信道。而這次的研究工作，他們進(jìn)一步挖掘了測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的潛能，并探索將其擴展到衛(wèi)星平臺的可行性。

實現(xiàn)實用化的星地測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，需要克服自由空間與光纖組網(wǎng)、白天高背景噪聲以及多普勒頻移等眾多困難。實驗團隊通過構(gòu)建多個發(fā)射端和信道，配合自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和單模光纖耦合，演示了自由空間-光纖接口以及星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

最令人興奮的是，團隊首次揭示了基于雙光子干涉的符合探測可以使測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議獲得極大的容忍背景噪聲的能力，成功實現(xiàn)了正午強烈日光背景下的測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)實驗演示。

另外，針對星地間存在高速相對運動的情形，實驗團隊還模擬并補償了衛(wèi)星過境期間的多普勒頻移，將全程的HOM干涉可見度提高到接近理論極限。

通過這些實驗研究，這支團隊全方位驗證了星地間測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)的可行性，為未來天地一體、高安全性的量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅實基礎(chǔ)。