超長(zhǎng)距離量子密鑰分發(fā)和光纖振動(dòng)傳感成功融合

科技日?qǐng)?bào)合肥5月5日電 （記者吳長(zhǎng)鋒）記者5日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉院士、張強(qiáng)教授等與濟(jì)南量子技術(shù)研究院合作，在完成光纖雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了658公里遠(yuǎn)距離光纖傳感，定位精度達(dá)到1公里，大幅突破了傳統(tǒng)光纖振動(dòng)傳感技術(shù)距離難以超過(guò)100公里的限制。研究成果日前以編輯推薦的形式發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

光纖振動(dòng)傳感利用單根光纖同時(shí)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)監(jiān)測(cè)和信號(hào)傳輸，具有靈敏度高、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分布均勻等優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)、油氣管道泄漏監(jiān)測(cè)、周界防護(hù)和地震監(jiān)測(cè)等工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)前，光纖振動(dòng)傳感多使用分布式聲波傳感技術(shù)，其傳感距離被限制在100公里以內(nèi)。

TF-QKD協(xié)議被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離光纖QKD的最優(yōu)方案。但該技術(shù)需要兩個(gè)遠(yuǎn)程獨(dú)立激光器的單光子干涉，光源頻率微小的偏差以及光纖鏈路任何波動(dòng)都會(huì)積累相位噪聲而降低單光子干涉的質(zhì)量。

研究人員基于濟(jì)南量子技術(shù)研究院的“發(fā)”或“不發(fā)送”TF-QKD協(xié)議，利用時(shí)頻傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)精確控制兩臺(tái)獨(dú)立激光器的頻率，利用附加相位參考光來(lái)估算光纖的相對(duì)相位快速漂移，恢復(fù)了加載在光纖信道上的人工可控振源產(chǎn)生的外部擾動(dòng)，結(jié)合高計(jì)數(shù)率低噪聲單光子探測(cè)器，最終實(shí)現(xiàn)了658公里的光纖雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)和光纖振動(dòng)傳感，對(duì)鏈路上人工振源的擾動(dòng)位置進(jìn)行了定位，精度優(yōu)于1公里。

這一研究成果表明，TF-QKD網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)超長(zhǎng)距離分發(fā)安全密鑰，同時(shí)也能應(yīng)用于超長(zhǎng)距離振動(dòng)傳感，從而實(shí)現(xiàn)廣域量子通信網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)的融合。