研究背景
 

　　長(zhǎng)距離量子密鑰分發(fā)是構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)。與光纖鏈路相比，衛(wèi)星可使量子信號(hào)主要在低損耗自由空間中傳播，為洲際、超長(zhǎng)距離量子通信提供可行路徑。星地離散變量量子密鑰分發(fā)已實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)密鑰分發(fā)及洲際加密通信，展現(xiàn)出構(gòu)建空天地一體化量子網(wǎng)絡(luò)的潛力。連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)具有信道容量高、成本較低、兼容經(jīng)典相干光通信系統(tǒng)等特點(diǎn)，還可利用相干探測(cè)有效抑制背景光噪聲，天然具備全天時(shí)運(yùn)行能力。然而，高損耗條件下過噪聲難以抑制、理論可容忍損耗有限，使星地CVQKD此前主要停留在理論分析階段。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證既需在高損耗下恢復(fù)原始密鑰并建立與調(diào)制數(shù)據(jù)的相關(guān)性，也需證明過噪聲足夠低，能夠獲得正安全密鑰率。
 

　　研究路徑及成果
 

　　針對(duì)高損耗星地鏈路中導(dǎo)頻信號(hào)信噪比不足與導(dǎo)頻泄漏噪聲增大的矛盾，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了本地本振高斯調(diào)制相干態(tài)CVQKD系統(tǒng)，采用時(shí)間—偏振復(fù)用傳輸量子信號(hào)與導(dǎo)頻信號(hào)。兩級(jí)高消光比幅度調(diào)制器提供80 dB時(shí)域隔離，偏振分束器提供30 dB偏振隔離，實(shí)現(xiàn)總計(jì)110 dB復(fù)用隔離，在導(dǎo)頻強(qiáng)度高于量子信號(hào)67 dB的同時(shí)保證光子泄露足夠低，實(shí)現(xiàn)了41 dB高損耗下對(duì)相位噪聲和光子泄露噪聲的抑制。
 

　　研究團(tuán)隊(duì)搭建了由自由空間信道、50 km光纖和可變光衰減器組成的38～43 dB等效損耗鏈路，實(shí)驗(yàn)光路如圖1所示。接收端利用獨(dú)立本振完成相干探測(cè)，并通過量化精度為12 bits的示波器采集量子信號(hào)與導(dǎo)頻信號(hào)，為高損耗條件下的原始密鑰恢復(fù)和過噪聲評(píng)估提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)采用高效降采樣、Quinn高精度頻偏估計(jì)和導(dǎo)頻輔助相位恢復(fù)技術(shù)完成數(shù)字后處理。在41 dB損耗下，恢復(fù)信號(hào)與Alice端高斯調(diào)制數(shù)據(jù)呈現(xiàn)唯一顯著的互相關(guān)峰(圖2)，表明原始密鑰成功恢復(fù)，并在Alice與Bob之間建立了虛擬糾纏關(guān)聯(lián)。針對(duì)41 dB高損耗下過噪聲估計(jì)統(tǒng)計(jì)波動(dòng)顯著的問題，團(tuán)隊(duì)采用等效測(cè)試方法，測(cè)得平均過噪聲為0.0167 SNU。計(jì)入實(shí)際星地信道的ADC量化噪聲和衰落噪聲后，預(yù)測(cè)1200 km鏈路下過噪聲為0.0198 SNU(圖3)。密鑰率分析表明，系統(tǒng)在41 dB損耗下仍可獲得正安全密鑰率(圖3)，初步驗(yàn)證了星地CVQKD的可行性。
 

　　發(fā)展前景
 

　　該研究初步驗(yàn)證了連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)在41 dB高損耗星地信道下的可行性，突破了星地CVQKD停留于理論分析和數(shù)值仿真的局限，為高損耗、強(qiáng)擾動(dòng)環(huán)境下量子信號(hào)恢復(fù)與過噪聲抑制提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為實(shí)際星地連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與部署提供了一種新的技術(shù)路徑，并為構(gòu)建空天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)提供了重要參考。
 

　　引用：上海交大曾貴華教授團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證星地連續(xù)變量量子密鑰分發(fā)可行性_綜合新聞_上海交通大學(xué)【引用時(shí)間：2026年8月12日】