东芝团队取得超 600 公里光纤的量子通信大突破

近日，东芝欧洲剑桥研究实验室的一组研究人员展示了超过 600 公里光纤的量子通信。 这一突破将实现大都市区之间的长距离量子安全信息传输，被认为是构建未来量子互联网的重大进步。

据称，该技术的使用可以在不使用受信任的中间节点的情况下连接跨国家和大洲的城市，并有望能够为量子安全通信建立一个全球网络。

早在2018 年，东芝就提出了双场 QKD 协议作为扩展距离的方式，并使用短光纤和衰减器测试了其对光损耗的恢复能力。

据了解，东芝团队系通过引入一种新颖的“双频”稳定技术来帮助解决在长光纤上传输量子比特的问题，从而证明了量子通信的这些记录距离，但由于环境条件（如温度）的微小变化会导致光纤膨胀和收缩，从而扰乱脆弱的量子位，这些量子位被编码为光纤中弱光脉冲的相位延迟。故此，这种技术证明不太严谨。

如今，东芝团队通过引入双频段稳定技术，这种双波段技术允许发送两个不同波长的光参考信号，可以实现最大限度地减少长光纤上的相位波动。其中，第一个波长用于抵消快速变化的波动，而第二个波长与光学量子位的波长相同，用于相位的微调。

在部署这些新技术后，东芝发现即使在通过数百公里的光纤传播之后，也可以将量子信号的光学相位保持在波长的几分之一以内，精度可达 10 纳米。

如今，这种技术已在长光纤上实施了双场 QKD，并首次展示了超过 600 公里的 QKD。

该项目由欧盟通过 H2020 项目 OpenQKD 部分获得资助，研究细节被发表在《自然光子学》杂志上。

据透露，该项目还与康宁合作进行，康宁是研究中使用的 SMF－28 ULL 纤维的供应商。另，该团队现在正在设计提议的解决方案，以简化他们未来的采用和部署。

业内人士认为双频稳定的第一个应用将是长距离量子密钥分发 （QKD）。

目前，QKD 系统的商用仅限于大约 100－200 公里的光纤。

东芝欧洲量子技术部门负责人 Andrew Shields 解释说：“近年来，QKD 已被用于保护城域网。这一最新进展扩展了量子链路的最大跨度，因此可以在不使用受信任的中间节点的情况下连接跨国家和大洲的城市。与卫星 QKD 一起实施，它将使我们能够为量子安全通信建立一个全球网络。

凭借在量子技术方面的成功，东芝公司高级副总裁兼首席数字官岛田太郎表示东芝愿意进一步快速扩展其量子业务。并打造一个量子信息技术服务平台，以实现全球范围内的安全通信，和基于云的量子计算和分布式量子传感等转型技术。