超長距離量子密鑰分發(fā)和光纖振動傳感成功融合

科技日報合肥5月5日電 （記者吳長鋒）記者5日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士、張強教授等與濟南量子技術研究院合作，在完成光纖雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）的同時，實現(xiàn)了658公里遠距離光纖傳感，定位精度達到1公里，大幅突破了傳統(tǒng)光纖振動傳感技術距離難以超過100公里的限制。研究成果日前以編輯推薦的形式發(fā)表在《物理評論快報》上。

光纖振動傳感利用單根光纖同時實現(xiàn)振動監(jiān)測和信號傳輸，具有靈敏度高、響應快、結構簡單、分布均勻等優(yōu)點，在結構健康監(jiān)測、油氣管道泄漏監(jiān)測、周界防護和地震監(jiān)測等工程領域具有廣泛的應用前景。當前，光纖振動傳感多使用分布式聲波傳感技術，其傳感距離被限制在100公里以內。

TF-QKD協(xié)議被認為是實現(xiàn)超遠距離光纖QKD的最優(yōu)方案。但該技術需要兩個遠程獨立激光器的單光子干涉，光源頻率微小的偏差以及光纖鏈路任何波動都會積累相位噪聲而降低單光子干涉的質量。

研究人員基于濟南量子技術研究院的“發(fā)”或“不發(fā)送”TF-QKD協(xié)議，利用時頻傳輸?shù)汝P鍵技術精確控制兩臺獨立激光器的頻率，利用附加相位參考光來估算光纖的相對相位快速漂移，恢復了加載在光纖信道上的人工可控振源產(chǎn)生的外部擾動，結合高計數(shù)率低噪聲單光子探測器，最終實現(xiàn)了658公里的光纖雙場量子密鑰分發(fā)和光纖振動傳感，對鏈路上人工振源的擾動位置進行了定位，精度優(yōu)于1公里。

這一研究成果表明，TF-QKD網(wǎng)絡架構不僅能夠實現(xiàn)超長距離分發(fā)安全密鑰，同時也能應用于超長距離振動傳感，從而實現(xiàn)廣域量子通信網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)的融合。