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日前，我國科學家通過發展高保真度集成光子學量子態調控、高計數率超導單光子探測等關鍵技術，在國際上實現百兆比特率的實時量子密鑰分發，實驗結果將此前的成碼率紀錄提升一個數量級。此項成果由中國科學技術大學潘建偉院士、徐飛虎教授等與中科院上海微系統與信息技術研究所、濟南量子技術研究院、哈爾濱工業大學等單位的科研人員合作。
量子密鑰分發（QKD）基于量子力學基本原理，可以實現原理上無條件安全的保密通信。提高QKD的成碼率對其實用化起著至關重要的作用。高碼率可為更多用戶提供服務，實現大數據共享、分布式存儲加密等高帶寬需求的應用。此前國際上最高的實時成碼率是10兆比特每秒（10公里標準光纖信道下）。為了實現更高的密鑰率，需要解決系統發送端、接收端和后處理等技術瓶頸。在發送端，高碼率QKD需要高保真度的量子態調制，然而現有QKD系統在高速調制下會產生較高誤碼率；在接收端，同時具有高效率和高計數率能力的單光子探測器不可或缺，超導納米線單光子探測器（SNSPD）具有高效率和低噪聲的優點，但其計數率通常受到較長恢復時間的限制。
潘建偉、徐飛虎研究組發展了集成光子片上高速高保真度偏振態調制技術，系統重頻達到2.5吉赫茲，量子比特誤碼率優于0.35%；結合中科院上海微系統所尤立星團隊最新研制的八像素SNSPD，實現了高計數率、高效率的單光子探測，在每秒輸入5.5億個光子時仍能保持62%的探測效率；同時，研究組發展了偏振反饋控制、高速后處理模塊等。
在上述技術突破的基礎上，研究團隊實現了10公里標準光纖信道下115.8兆比特每秒的密鑰率，較之前紀錄提高了約一個數量級；系統穩定運行超過50個小時，在傳輸距離328公里下碼率超過200比特每秒。
3月14日，該成果在線發表于國際著名學術期刊《自然·光子學》雜志。研究成果表明，QKD可實現百兆比特率的實時密鑰分發，滿足高帶寬通信需求，對未來量子通信的大規模實際應用具有重要意義。
記者 常河 通訊員 王敏
責任編輯：陳文
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