近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）光量子通信与器件团队与中国人民大学/南京大学合作，首次在实验中实现无需参考光的集成化异步测量设备无关量子密钥分发（模式匹配量子密钥分发），实现了量子信号传输时隙的100%利用率，显著提升了系统的实用性。基于高性能光源，该系统在200至400公里光纤链路中创造了迄今为止最高的密钥生成速率。2025年5月23日，相关成果以“High-Rate Measurement-Device-Independent Quantum Communication without Optical Reference Light ”为题，发表在国际知名学术期刊 《Physical Review X》 上。

长距离与高码率的量子通信系统是构建广域光纤量子网络的基础，但复杂的硬件架构仍然制约着实际应用与规模化部署。异步测量设备无关量子密钥分发协议（也称模式匹配量子密钥分发）自2022年提出，因其独特的后测量符合配对机制，有效降低长距离干涉对相位稳定性的依赖，并已展现出在无中继条件下突破码率-损耗极限的现实能力。

 

研究团队研发出2.5GHz高重频的量子密钥分发系统，充分利用后测量配对技术，创造性地提出使用量子信号直接提取异地光源频差的新方案，在保证估计精度的同时其光子计数率的需求相较原方案降低3个数量级。该方法不仅支持小型化光源的集成应用，显著降低系统复杂度，而且实现了量子信号传输时隙的100%利用，在202公里的光纤链路中密钥速率达101千比特/秒。团队进一步采用高相干性光源，在200至400公里的传输距离范围创下密钥速率新纪录，并具备测量设备无关的高安全性。特别是在101公里处的安全密钥率突破1.03兆比特/秒，已足以支持城域范围内的视频实时加密等实际应用。该研究成果突破了量子通信系统中集成化与高性能难以兼顾的技术瓶颈，标志着测量设备无关类量子密钥分发技术在向现实网络部署迈进中取得重要里程碑，对我国构建经济高效、安全可靠的城际量子通信网络具有重要意义。

该论文第一作者为量子院/南京大学博士生邵山峰和量子院副研究员周来，共同通讯作者为量子院副研究员周来、中国人民大学副教授/量子院兼聘研究员尹华磊和量子院首席科学家袁之良。其他合作者还包括量子院高级工程师林锦平、塞浦路斯科技大学高级研究员Mariella Minder、量子院/中国科学院物理所博士生葛成方、南京大学博士生谢元梅和申奥、量子院助理研究员阎正宇。该研究工作得到了科技创新2030重大项目、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金、中国人民大学研究基金等项目的支持。