中国科大实现面向光纤和自由空间混合信道的量子通信实验演示

　　中国科年夜郭光灿院士团队正在面向光纤以及自由空间混淆信道量子通讯研究方面取患了重要进展：该团队史保森传授、周志远副传授课题组与河南省量子信息与量子暗码重点试验室研究团队互助，胜利制备了光纤通讯波段以及中红外自由空间通讯波段双色偏振纠缠光子，并正在试验室演示了基于光纤以及自由空间混淆信道的量子密钥分发，为全地利六合一体化量子收集的构建供给了技能支撑。这项结果7月8日正在线颁发正在《Laser Photonics Review》上[Laser Photonics Rev. e0038(2025)]。

　　基于卫星以及光纤收集可以构建六合一体化的量子收集。以后的研究首要基于近红外波段纠缠光源，因为受较强的太阳配景辐射影响，首要正在夜间事情。将光子波长拓展到中红外波段，可以年夜幅度地升高太阳配景辐射的滋扰，有助于全地利六合一体化量子收集的构建。然而受限于单光子探测器的技能程度（该波段尚无成熟的贸易化单光子探测器，今朝正在试验室研制的超导单光子探测器需求正在极高温的前提下事情），今朝开展中红外波段量子光源的制备以及表征事情难度极年夜。怎样完成高效率、低噪声的中红外光子探测是完成中红外波段量子通讯研究亟需解决的问题。

　　经由过程量子频谱迁徙探测可有用地解决中红外波段缺乏高机能单光子探测器的问题。量子频谱迁徙将中红外光子的波长迁徙到近红外波段，正在常温下经由过程硅基单光子探测器便可完成中红外光子的有用探测。晚期对于量子频谱迁徙探测的研究首要集中于1.5微米光纤通讯波段。2024年，史保森传授、周志远副传授等人将该技能拓展到中红外波段，正在国际上初次完成了持续光泵浦的3微米简并光子对的制备与表征[Sci. Adv. 10, eadm7565 (2024)]。

　　正在本事情中，课题组与互助者进一步将该技能拓展到同步脉冲泵浦的双色偏振纠缠对的制备与表征事情中（此中一个光子波长为1555nm光纤通讯波段，另外一个光子波长为3370nm中红外自由空间通讯波段）。经由过程同步脉冲泵浦可以进一阵势晋升中红外光子探测的量子效率以及信噪比。双色光子对经由过程百皮秒的高重频1064nm激光泵浦一对正交放置的type-0婚配的PPLN晶体发生，此中的通讯波段光子经由过程AsGaIn单光子探测器探测，中红外光子则与一个同步脉冲激光举行以及频后再经由过程硅基单光子探测器举行探测（如图1A）。经由过程偏振干预干与、量子态层析以及Bell没有等式S值的丈量可以证实所制备的双色偏振纠缠源具备极高的纠缠品质（如图1B）。正在此根蒂根基上，课题组基于该双色纠缠源正在试验室演示了光纤以及自由空间混淆信道的量子密钥分发试验（如图2所示），试验成果标明该纠缠源具有构建光纤以及自由空间混淆量子收集的后劲。

图1.（A）试验安装图以及（B）双色偏振纠缠源的参数表征

图2. 光纤以及自由空间混淆信道量子密钥分发试验道理图

　　该事情经由过程量子频谱迁徙技能有用地解决了中红外光子的探测问题，将量子通讯的研究从近红外通讯波段拓展到中红外自由空间通讯波段，为将来构建全地利的六合一体化量子收集供给了有用的技能支撑。这项事情获得国度天然迷信基金委、中国迷信院、科技部以及中国科年夜“双一流”设置装备摆设经费的撑持。

　　论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202500338