远距离量子密钥分发和光纤振动传感成功融合在一起

记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟院士、张强教授等与济南量子技术研究院合作，在完成光纤双场量子密钥分发（TF-QKD）的同时，实现了658公里远距离光纤传感，定位精度达到1公里，大幅突破了传统光纤振动传感技术距离难以超过100公里的限制。研究成果日前以“编辑推荐”的形式发表在《物理评论快报》上。

中国科大供图

光纤振动传感利用单根光纤同时实现振动监测和信号传输，具有灵敏度高、响应快、结构简单、分布均匀等优点，在结构健康监测、油气管道泄漏监测、周界防护和地震监测等工程领域具有广泛的应用前景。当前，光纤振动传感多使用分布式声波传感技术，其传感距离被限制在100公里以内，一个重要技术挑战是如何克服距离限制，实现远距离的光纤振动传感。

量子密钥分发（QKD）则基于量子力学基本原理，可以实现无条件安全的保密通信。 TF-QKD协议被认为是实现超远距离光纤QKD的最优方案。然而，TF-QKD技术要求相当苛刻，需要两个远程独立激光器的单光子干涉，光源频率微小的偏差以及光纤链路任何波动都会积累相位噪声而降低单光子干涉的质量。

研究人员基于济南量子技术研究院的“发”或“不发送”TF-QKD协议，利用时频传输等关键技术精确控制两台独立激光器的频率，利用附加相位参考光来估算光纤的相对相位快速漂移，恢复了加载在光纤信道上的人工可控振源产生的外部扰动，结合高计数率低噪声单光子探测器，最终实现了658公里的光纤双场量子密钥分发和光纤振动传感，对链路上人工振源的扰动位置进行了定位，精度优于1公里。

这一研究成果表明，TF-QKD网络架构不仅能够实现超长距离分发安全密钥，同时也能应用于超长距离振动传感，从而实现广域量子通信网和光纤传感网的融合。