遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)和光纖振動傳感成功融合
【最新發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新】
科技日報合肥5月5日電 （記者吳長鋒）記者5日從中國科學(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，在完成光纖雙場量子密鑰分發(fā)（TF-QKD）的同時，實現(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)光纖振動傳感技術(shù)距離難以超過100公里的限制。研究成果日前以編輯推薦的形式發(fā)表在《物理評論快報》上。
光纖振動傳感利用單根光纖同時實現(xiàn)振動監(jiān)測和信號傳輸，具有靈敏度高、響應(yīng)快、結(jié)構(gòu)簡單、分布均勻等優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、油氣管道泄漏監(jiān)測、周界防護(hù)和地震監(jiān)測等工程領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。當(dāng)前，光纖振動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都會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，利用時頻傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)精確控制兩臺獨(dú)立激光器的頻率，利用附加相位參考光來估算光纖的相對相位快速漂移，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，結(jié)合高計數(shù)率低噪聲單光子探測器，最終實現(xiàn)了658公里的光纖雙場量子密鑰分發(fā)和光纖振動傳感，對鏈路上人工振源的擾動位置進(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)超長距離分發(fā)安全密鑰，同時也能應(yīng)用于超長距離振動傳感，從而實現(xiàn)廣域量子通信網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)的融合。
（《科技日報》2022年5月6日，第 1 版）
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