现场试验量子密钥分发与基于量子比特的帧同步

量子密钥分发(QKD)是一种利用量子力学原理实现安全密钥交换的密码学技术。该技术的实际部署需要构建能在复杂现场环境中稳定运行的耐用、经济型系统。当前主要挑战在于如何在不增加硬件复杂度的前提下实现可靠时钟同步。传统方法通常采用独立经典光信号进行同步,这不仅增加了成本,还会引入噪声导致量子信道性能下降。 针对这一局限,该团队展示了一种融合最新量子比特分布式帧同步方法的QKD系统,并在中国南宁的城域光纤网络中完成部署。通过采用偏振编码的单诱骗态BB84协议及新型量子比特帧同步方案,该系统直接从量子信号中提取同步信息,省去了专用同步硬件。此外,为应对城市光纤中的动态偏振扰动,系统集成了基于量子比特的偏振反馈控制模块,通过从同步信号中恢复的数据驱动自动偏振控制器,实现实时偏振补偿。 在连续12小时的运行中,系统保持1.12%±0.48%的低平均量子误码率(QBER),在18dB信道损耗下实现26.6kbit/s的安全成码率。即使在40dB的高信道损耗下,仍能获得115bit/s的有限长安全密钥速率。这项研究首次在真实城域环境中完成基于帧同步的QKD方案的长期稳定性验证,展现出卓越的稳定性和高损耗容忍度,为构建实用化、可扩展且经济高效的量子安全通信网络提供了新范式。

作者所在地: VIP可见
作者单位: VIP可见
提交arXiv: 2025-10-20 15:32

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