中国科大初次实现14.2公里自由空间双场量子密钥分发！ 4688美高梅量子SNSPD主题助力尝试
引言
引言
近日，中国科学技术大学潘建伟院士团队结合多家科研机构，在自由空间双场量子密钥分发（TF-QKD）领域获得里程碑进展。团队初次尝试实现14.2公里城市大气信路自由空间TF-QKD，通讯距离突破大气等效厚度临界值，安全密钥率超过无中继通讯容量PLOB界限，为星基全球量子网络构建奠定关键尝试基础。
该项钻研工作中，4688美高梅量子超导纳米线单光子探测器作为主题光子探测设备，凭借过硬的技术实力，助力本次钻研实现沉大突破。有关钻研成就以《Free-Space Twin-Field Quantum Key Distribution》为题，已颁布于Nature Photonics平台，引发全球量子通讯领域关注。
钻研概述
量子密钥分发依附量子力学道理实现信息论安全的保密通讯，双场量子密钥分发（TF-QKD）可将安全密钥率从信路损耗的线性依赖提升至平方根依赖，同时保留丈量设备无关安全个性，是构建全球量子网络的主题和谈。
近年来光纤信路TF-QKD已实现百公里级远距离传输，但自由空间场景受大气湍流引发的相位畸变、光强闪动等问题造约，持久难以落地实现。《天然》等期刊钻研指出，大气信路的相位噪声与光子偏振不成控性，是自由空间TF-QKD实用化的主题技术瓶颈，亟需突破激光器稳频、相位同步与高精度单光子探测等关键技术。
这次钻研聚焦大气湍流滋扰难题，搭建远距离自由空间量子通讯尝试链路，攻克独立激光器相位锁定、盛开式信路时相节造等技术，无需辅助信路即可不变关合过问仪，成功验证自由空间TF-QKD规划的可行性与实用性。
钻研内容
钻研团队在上海城市大气环境中，搭建总长14.2公里的双路自由空间信路，Alice与Bob端别离通过7.1公里大气链路与接管端Charlie成立通讯衔接。
图 1 自由空间 TF-QKD 尝试装置图
尝试选取超稳激光器（USL）作为光子源，搭配铷原子钟实现高精度功夫基准 ；通过声光调造器赔偿激光器频率漂移，利用单光子探测事务统计量实现频率与相位反馈校准，躲避大气湍流对信路不变性的滋扰。
图 2 激光频谱、相位漂移、信路效能变动图
同时选取四强杜渍骗态发送-不发送和谈，优化量子态编码与调造战术，保险复杂信路下量子比特误码率可控。
尝试累计有效工作时长49359秒，发送约3.15×10??个量子光脉冲。经数据后筛选优化后，安全密钥率达100.8 bps，整体机能突破同信路损耗下的PLOB理论界限。
图 3 尝试密钥率了局曲线图
该通讯距离等效大气有效厚度，技术规划可直接适配星地量子通讯场景，同时为量子隐形传态、量子中继、散布式量子推算等大规模量子信息工作提供新蹊径。
4688美高梅量子SNSPD主题支持作用
在本次自由空间TF-QKD突破性尝试中，4688美高梅量子提供的超导纳米线单光子探测器（SNSPD） 作为主题探测设备，全程承担单光子信号捕获、过问信号检测与光子达到功夫纪录关键工作，是尝试成功的主题硬件支持。
4688美高梅量子SNSPD实测探测效能约80%，暗计数低于20 cps，具备高探测效能、超低暗计数、低时序抖动主题个性，美满适配自由空间信路光子信号幽微、布景噪声复杂的工况。在尝试过问丈量环节，四路SNSPD精准捕获光纤分束器输出的单光子过问信号，高效甄别有效光子事务，为相位估算、量子比特误码率统计提供精准原始数据。
同时，SNSPD不变的探测机能支持了大气信路效能实时监测，助力团队筛选湍流扰动较弱的有效数据时段，剔除信路效能失配导致的低过问可见度数据，显著提升安全密钥天生质量与成码率。其低温超导工作模式下的持久不变性，保险了近5万秒长功夫陆续尝试的靠得住运行，为自由空间TF-QKD长时稳态测试提供坚实保险。
作为国产化高端单光子探测主题设备，4688美高梅量子SNSPD凭借自主可控主题技术，满足了大气湍流环境下高精度单光子探测严苛需要，验证了国产SNSPD在星地量子通讯、远距离自由空间量子密钥分发等前沿场景的利用价值。
结论
本次14.2公里自由空间TF-QKD尝试，初次攻克大气湍流造约难题，实现安全密钥率超过无中继容量界限，标志取我国在星基量子网络关键技术上迈出沉要一步。尝试搭建的百公里级等效大气单光子过问系统，还可利用于大地丈量、引力红移丈量等基础物理钻研领域。
后续团队将沉点攻克卫星高速运动引发的多普勒频移、星载单光子探测等技术难题，推动自由空间TF-QKD向星地一体化量子网络规 ；寐踅。4688美高梅量子也将持续深耕超导单光子探测技术，为量子通讯、量子光学等前沿科研领域提供自主可控的主题探测设备支持。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41566-026-01910-6
