量子密鑰通過嘈雜光纖傳輸距離創新紀錄

　　據《自然》網站11月20日報道，英國物理學家開發出一種新型探測器，將一串量子密鑰通過嘈雜的光纖傳輸了創紀錄的距離——90公里。此舉說明量子密碼學終于進入主流。相關研究成果發表于《物理評論X》上。

　　兩個人可以將加密密鑰編碼為一串光子并共享，任何竊聽者都會被量子系統警報攔截。但這樣的系統還不能通過電信線路傳輸密鑰，因為其他數據流量會淹沒編碼信號。因此，量子密碼僅有一些特殊應用，如用昂貴的沒有其他信號的線路將服務器與附近的備用站點連接。物理學家嘗試過解決這個問題，他們在特定波長下沿“量子通道”通過共享纖維發送光子。但問題是，纖維散射標準數據流量的光進入特定波長，偏離的光子會污染量子通道。

　　英國東芝劍橋研究實驗室的物理學家安德魯·希爾茲和同事開發出一種新探測器，能讓編碼的光子在它們被送出后計算好的精確瞬間擊打它，從而從量子通道中辨認出這些光子。

　　希爾茲解釋，設計一個有如此精確時間點的探測器是很困難的。標準探測器使用半導體裝置，當被單個光子擊中時造成電荷雪崩。但是雪崩增長到足夠大以對抗檢測器內部電流嘶聲通常需要比1納秒(10-9秒)更多的時間，比狹縫需100皮秒(10-10秒)過濾單一光子還長得多。

　　新的“自我區分”探測器每納秒的激活時長是100皮秒，在這短暫間隔中撞擊引發的弱電荷一般不會顯現，但如果沒有匹配光子可能被探測到，探測器就測量一個運行周期的信號和前一周期的信號之間的差異，這樣就抵消了背景雜音。使用該裝置，研究小組將一串量子密鑰通過光纖傳輸了90公里，同時也以每秒10億字節雙向傳輸噪音數據。

　　吉森已計算出這樣的技術還不能用于在超過100公里的范圍傳輸量子信號。盡管如此，90公里已經是一項“證明量子密碼學在現實世界電信基礎設施的應用前進了一大步的世界紀錄”，馬德里理工大學物理學家維森特·馬丁如是評價。