近日，上海交通大学光子传输与通信全国重点实验室黄鹏副研究员、曾贵华教授团队首次实现了基于热光源的被动态制备连续变量量子密钥分发实验验证。研究成果以All-day free-space quantum key distribution with thermal source towards quantum secure communications for unmanned vehicles为题发表在NPJ quantum information。

量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）提供了信息理论上安全的保密通信解决方案，其中离散变量（Discrete Variable, DV）量子密钥分发可实现远距离通信，连续变量（Continuous-Variable, CV）量子密钥分发可提供高密钥速率和抗噪声能力。无人载具（UV）对高安全性、高成本效益通信系统的迫切需求。上述两种传统QKD方案依赖量子相干源和主动调制，而被动态制备（Passive-State-Prepration）量子密钥分发协议属于连续变量量子密钥分发(CVQKD）协议的一种，其利用热源代替主动调制，在高抗背景噪声能力、高密钥率和低功耗方面显示出巨大潜力，为UV间全天候密码通信提供了一种极具前景的解决方案。然而，由于缺乏针对高损耗自由空间信道的有效过噪声抑制技术，自由空间PSP-CVQKD的现场实验一直未能实现然而，虽然实验室结果令人鼓舞，但由于自由空间信道中的噪声过大，实际应用仍具有挑战性。

本研究首次成功实现了基于热光源的被动式连续变量量子密钥分发系统并在城市自由空间环境中的外场实验。实验光路架设在两栋相距140米的实验楼之间，链路衰减最高达到15.59dB之间，具体光路设置如图所示。

本研究中通过创新性噪声抑制技术（包括高效零差探测、机器学习相位补偿和高精度APT系统），在创外场自由空间CVQKD安全成码衰减记录的-12.24至-15.59 dB高损耗环境下实现了稳定的安全密钥生成，昼夜平均密钥率分别达0.85 kbps和1.52 kbps，过噪声控制在0.038-0.042范围内。

该研究突破了传统主动调制CVQKD对相干光源和高速调制器的依赖，显著降低了系统复杂度和成本，并展现出对背景光噪声的强鲁棒性。该成果为无人载具在复杂城市环境中的量子安全通信提供了极具成本效益、高集成度和强环境适应性的解决方案，为推动量子密钥分发技术在动态、高损耗自由空间信道中的实际应用奠定了重要基础。