中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉院士與彭承志教授、曹原副研究員等強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手，攜手清華大學(xué)的王向斌教授以及中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所的尤立星研究員，共同在國(guó)際上首次成功完成了測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)的自由空間-光纖混合量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，相關(guān)成果已經(jīng)在線發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

這個(gè)革命性的實(shí)驗(yàn)成果得益于測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)的量子密鑰分發(fā)協(xié)議。這種協(xié)議通過(guò)雙光子干涉技術(shù)，徹底消除了探測(cè)端的所有安全漏洞，無(wú)需對(duì)測(cè)量端的量子設(shè)備進(jìn)行任何安全性假設(shè)。這種協(xié)議被認(rèn)為是各種量子密鑰分發(fā)協(xié)議中的最佳候選協(xié)議之一，而利用自由空間信道和衛(wèi)星是實(shí)現(xiàn)全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)的最有效途徑。

2020年，這支研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)首次將該協(xié)議拓展到自由空間信道。而這次的研究工作，他們進(jìn)一步挖掘了測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議的潛能，并探索將其擴(kuò)展到衛(wèi)星平臺(tái)的可行性。

實(shí)現(xiàn)實(shí)用化的星地測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，需要克服自由空間與光纖組網(wǎng)、白天高背景噪聲以及多普勒頻移等眾多困難。實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建多個(gè)發(fā)射端和信道，配合自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)和單模光纖耦合，演示了自由空間-光纖接口以及星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

最令人興奮的是，團(tuán)隊(duì)首次揭示了基于雙光子干涉的符合探測(cè)可以使測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議獲得極大的容忍背景噪聲的能力，成功實(shí)現(xiàn)了正午強(qiáng)烈日光背景下的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)演示。

另外，針對(duì)星地間存在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情形，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)還模擬并補(bǔ)償了衛(wèi)星過(guò)境期間的多普勒頻移，將全程的HOM干涉可見度提高到接近理論極限。

通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)研究，這支團(tuán)隊(duì)全方位驗(yàn)證了星地間測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)的可行性，為未來(lái)天地一體、高安全性的量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。