距离极限

830 公里光纤上的双场量子密钥分配

量子密钥分发 (QKD) 是基于物理学基本定律分发秘密比特的技术，它能够实现信息论安全通信，而不受潜在窃听者无限计算能力的影响 1 。在过去的三十年中，QKD 引起了广泛关注，并且已经发展成熟，可以在光纤网络上进行实际部署 2、3 。然而，信道损耗阻碍了 QKD 的广泛应用，从而限制了密钥速率和 QKD 范围的提高 4 – 7 。在 QKD 系统中，作为量子密钥载体的光子是在单光子级别准备的，大部分会被传输信道散射和吸收。然而，它们无法被放大，因此接收方检测到它们的概率非常低。对于从发射机到接收机的直接光纤链路，密钥速率随着传输距离的增加呈指数下降，并且不能超过基本速率-距离极限 O（η），其中 η 表示链路的透射率 8、9。双场 (TF) QKD 建立了一个有前途的速率-距离关系 O（√η），从而无需量子中继器即可克服这一限制，并且即使在长距离上也能实现相当大的密钥速率 10。人们做出了巨大努力来发展其理论 11 – 28 并通过实验展示其独特的优势 29 – 39。参考文献 11 和 12 首先证明了 TF-QKD 的普遍安全性，然后基于参考文献 11 在 502 公里超低损耗 (ULL) 光纤上实现了实验 33。通过消除代码模式中的全局相位随机化和相位后选择，提出了另一种称为无相位后选择 (NPP) TF-QKD 的变体 14 – 16，并在多个实验 30、32、35 中进行了演示。由于代码模式中的所有检测事件都用于密钥生成，因此 NPP TF-QKD 可以实现相对较高的密钥速率，例如，在 300 公里光纤上实现 2 kbps 的渐近密钥速率 30。同时，