正交频分复用连续变量太赫兹量子密钥分发
该研究团队提出了一种新型连续变量量子密钥分发(CVQKD)协议,该协议利用太赫兹频段的正交频分复用(OFDM)技术实现高吞吐量安全量子通信。通过在多量子子载波上编码量子信息,该协议显著提升了频谱效率,有效缓解了信道色散和大气衰减问题。研究人员在考虑集体高斯攻击的情况下开展了全面安全性分析,涵盖两种应用场景:计入湿度吸收效应的地面自由空间信道,以及包含实际互调噪声的星间链路。仿真结果表明,在开放大气环境中可实现单次信道使用约72比特的密钥生成率。虽然互调噪声会带来性能折衷,但通过优化调制方差可实现稳健通信距离。受太赫兹大气吸收限制,地面量子链路最大传输距离为4.5米,而得益于太空极低的传播损耗,星间链路安全通信距离可超过100公里。 该工作评估了基于超导约瑟夫森结的片上相干太赫兹源的实际应用效果。这些电压可调的紧凑型发射器能产生宽带相干辐射,是构建可扩展量子网络的理想选择。通过将器件特性纳入仿真模型,研究人员评估了不同环境条件下的安全密钥生成能力。结果显示:开放环境可实现3米安全通信,低温或真空环境下则能延伸至26公里。该成果为开发紧凑型大容量CVQKD系统铺平了道路,推动太赫兹量子通信技术向地面及空间应用迈进。
