Equipe do professor Zhenghua da Universidade de Xangai verifica a viabilidade da distribuição de chaves quânticas de variáveis ​​contínuas

Antecedentes da pesquisa

A distribuição de chaves quânticas de longa distância é a base fundamental para a construção de uma rede global de comunicação quântica. Em comparação com os links de fibra óptica, os satélites permitem que os sinais quânticos se espalhem principalmente em espaços livres de baixa perda, fornecendo caminhos viáveis ​​para comunicações quânticas intercontinentais e de distância ultra-longa. A distribuição de chaves quânticas de variáveis discretas estelares e terrestres realizou a distribuição de chaves a nível de milhares de quilômetros e comunicações criptografadas intercontinentais, mostrando o potencial de construir redes quânticas integradas no espaço e na Terra. A distribuição de chaves quânticas variáveis contínuas tem alta capacidade de canal, baixo custo, compatibilidade com sistemas de comunicação óptica coerentes clássicos e outras características, e também pode usar a detecção coerente para suprimir eficazmente o ruído de luz de fundo, com capacidade natural de operação durante todo o dia. No entanto, o excesso de ruído em condições de alta perda é difícil de suprimir e a perda tolerável teórica é limitada, o que faz com que o CVQKD Star Star permaneça principalmente na fase de análise teórica. A validação experimental requer tanto a recuperação da chave original e a relevância com os dados de modulação sob alta perda quanto a demonstração de que o ruído excessivo é baixo o suficiente para obter uma taxa de chave de segurança positiva.

Caminhos e resultados da pesquisa

Para resolver a contradição entre a insuficiência da relação de sinal-ruído de condução de frequência em ligações terrestres de alta perda e o aumento do ruído de vazamento de condução de frequência, a equipe de pesquisadores construiu um sistema CVQKD de estado coerente de modulação de Gauss local, usando a multiplexação de polarização em tempo para transmitir sinais quânticos e sinais condutores de frequência. O modulador de amplitude de relação de alta extinção de luz de dois níveis fornece isolamento de 80 dB no domínio temporal e o divisor de feixe de polarização fornece isolamento de polarização de 30 dB, alcançando um total de isolamento múltiplo de 110 dB, garantindo que o vazamento de fótons seja baixo o suficiente enquanto a intensidade de condutividade é maior que o sinal quântico de 67 dB, alcançando a supressão do ruído de fase e do ruído de vazamento de fótons sob perdas elevadas de 41 dB.

A equipe construiu um link de perda equivalente de 38 a 43 dB composto por canais espaciais livres, fibra óptica de 50 km e atenuadores de luz variáveis, como mostrado na Figura 1. O receptor usa oscilações independentes para completar a detecção coerente e, com precisão quantificada de 12 bitsOscillómetroCapture sinais quânticos e condutores de frequência para fornecer dados experimentais para recuperação de chaves originais e avaliação de excesso de ruído em condições de alta perda. A equipe de pesquisa usou amostragem de redução eficiente, estimativas de desvio de frequência de alta precisão de Quinn e técnicas de recuperação de fase assistida por condução de frequência para concluir o pós-processamento digital. Com uma perda de 41 dB, o sinal de recuperação apresenta o único pico significativo de correlação com os dados de modulação gaussiana de Alice (Figura 2), indicando que a chave original foi recuperada com sucesso e que uma associação de enredamento virtual foi estabelecida entre Alice e Bob. Para resolver o problema da variabilidade estatística das estimativas de excesso de ruído com perdas elevadas de 41 dB, a equipe usou um método de teste equivalente que mediu uma média de excesso de ruído de 0,0167 SNU. Depois de contabilizar o ruído quantificado do ADC e o ruído de decadência do canal astrológico real, o ruído excessivo previsto em uma ligação de 1.200 km foi de 0,0198 SNU (Figura 3). A análise da taxa de chave mostrou que o sistema ainda obtém uma taxa de chave de segurança positiva com uma perda de 41 dB (Figura 3), validando inicialmente a viabilidade do CVQKD Star Earth.

Perspectivas de desenvolvimento

O estudo verificou preliminarmente a viabilidade da distribuição de chaves quânticas variáveis ​​contínuas em canais terrestres de alta perda de 41 dB, rompeu os limites da análise teórica e da simulação numérica do CVQKD de AstraZenith, forneceu uma base experimental para a recuperação de sinais quânticos e a supressão de ruído em ambientes de alta perda e perturbação intensa, forneceu um novo caminho técnico para o projeto e a implantação de sistemas de distribuição de chaves quânticas variáveis ​​contínuas de AstraZenith reais e forneceu uma referência importante para a construção de redes de comunicações quânticas integradas no espaço-terra.

Citação:Equipe do professor Zeng Guihua da Universidade de Xangai verifica experimentalmente a viabilidade da distribuição de chaves quânticas de variáveis ​​contínuas estelares_Notícias abrangentes_Universidade de Xangai Jiaotong[Citação: 12 de agosto de 2026]