62英里量子連接突破性進展："不可破解"互聯網傳輸距離提升100倍

研究人員通過噪聲抑制光子發射技術保護量子數據免受外部干擾，實現了在62英里（100公里）光纖上的設備無關量子密鑰分發（DI-QKD）。這項由陸博偉（Bo-Wei Lu）與國際團隊主導的研究，將這種特殊加密方法的有效傳輸距離提升了約兩個數量級，推動了該技術向城域級應用的邁進。

硬件無關的安全性

現有加密方法可能受未來量子計算機算力威脅。傳統量子密鑰分發（QKD）雖能應對，但要求用戶驗證硬件是否完全按制造商規格運行。DI-QKD通過利用貝爾不等式破缺解決了這一問題：該方法基于糾纏粒子的統計相關性驗證安全性，將物理設備視為"黑箱"。由于安全性源自物理定律而非硬件內部結構，即使設備由未經驗證的第三方提供，系統仍能保持安全。研究人員在新聞稿中指出："但DI-QKD要求極高，需在長距離上實現高質量糾纏態與高效探測。此前該技術僅在短距離實驗室原理驗證實驗中實現。"

62英里傳輸的技術挑戰

光纖中的信號損耗和環境干擾使得長距離保持高質量糾纏態極為困難。為實現62英里傳輸，陸博偉團隊采用了多項技術方案。新聞稿補充說明："通過結合單光子干涉、量子頻率轉換至低損耗通信波段等先進技術，研究團隊成功實現了長距離高保真糾纏態分發。"該團隊還運用噪聲抑制光子發射技術，防止量子信息因外部干擾而衰減。研究人員總結稱："團隊在有限數據條件下實現了11公里距離的可證明安全量子密鑰生成，并證明即使在100公里處仍可能獲得正向密鑰率。"結果表明DI-QKD技術已具備城域范圍內多點連接的可行性。

量子光纖傳輸的基礎研究

此次62英里實驗與《有趣工程》早前報道的多國獨立研究相呼應，這些研究證實了量子比特可通過長距離光纖基礎設施傳輸。其中基礎性工作主要由荷蘭代爾夫特理工大學完成：該校研究者利用金剛石晶體中的氮空位中心存儲傳輸信息，將量子比特編碼于氮原子電子和金剛石晶格內碳原子核態中。在一項實驗中，研究團隊在大學與海牙實驗室間建立了15.5英里的光纖鏈路，連接兩處嵌入金剛石晶格的氮原子。該成功傳輸證明利用現有光纖網絡可在獨立設施間建立量子糾纏，為近期62英里DI-QKD實驗奠定了理論基礎。

本研究已發表于《科學》期刊。

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