08,12,2026 3xem
【Trang chủPhát triển web nhanh chóngMới đây, nhóm giáo sư Tăng Quý Hoa, Học viện Tự động hóa và Cảm giác Đại học Giao thông Thượng Hải, Phòng thí nghiệm trọng điểm truyền ánh photon và thông tin toàn quốc đã lần đầu tiên hoàn thành kiểm chứng thí nghiệm tính khả thi phân phối khóa lượng tử biến liên tục giữa các vị tinh (CVQKD). Ở mức tổn thất 41 dB tương đương 1.200 km liên kết giữa hành tinh và trái đất, nhóm nghiên cứu đã khôi phục thành công khóa ban đầu và chứng minh rằng hệ thống quá nhiễu hỗ trợ tỷ lệ khóa bảo mật dương. Kết quả nghiên cứu Experimental verification for the feasibility of satellite-to-ground continuous-variable quantum key distribution Tiêu đề được xuất bản trong Advanced Photonics 2026, Vol.8.
Bối cảnh nghiên cứu
Phân phối khóa lượng tử đường dài là nền tảng quan trọng để xây dựng một mạng lưới truyền thông lượng tử toàn cầu. So với các liên kết cáp quang, vệ tinh có thể cho phép tín hiệu lượng tử đi chủ yếu trong không gian tự do mất mát thấp, cung cấp một con đường khả thi cho liên lạc lượng tử xuyên lục địa, cự ly cực dài. Việc phân phối khóa lượng tử biến rời rạc giữa các vì sao đã cho phép phân phối khóa hàng nghìn km và liên lạc được mã hóa liên lục địa, cho thấy tiềm năng xây dựng một mạng lượng tử tích hợp giữa không gian và trái đất. Phân phối khóa lượng tử biến liên tục có khả năng kênh cao, chi phí thấp hơn, tương thích với hệ thống truyền thông quang học kết hợp cổ điển và các tính năng khác. Nó cũng có thể sử dụng phát hiện kết hợp để ức chế hiệu quả tiếng ồn ánh sáng nền. Nó tự nhiên có khả năng hoạt động cả ngày. Tuy nhiên, tiếng ồn quá mức khó ức chế trong điều kiện tổn thất cao và tổn thất có thể chịu đựng được về mặt lý thuyết là hạn chế, khiến CVQKD Starland trước đây chủ yếu ở giai đoạn phân tích lý thuyết. Xác minh thực nghiệm đòi hỏi cả việc khôi phục khóa gốc và thiết lập mối tương quan với dữ liệu điều chế ở mức tổn thất cao và chứng minh rằng tiếng ồn quá mức đủ thấp để có được tỷ lệ khóa bảo mật dương.
Lộ trình nghiên cứu và kết quả
Để đối phó với sự mâu thuẫn giữa tỷ lệ tín hiệu nhiễu tần số trung bình thấp và tiếng ồn rò rỉ dẫn đường, nhóm nghiên cứu đã xây dựng hệ thống CVQKD trạng thái kết hợp điều chế Gaussian cục bộ, sử dụng ghép kênh phân cực thời gian để truyền tín hiệu lượng tử và tín hiệu dẫn đường. Bộ điều biến biên độ tỷ lệ tiêu diệt cao hai giai đoạn cung cấp cách ly miền thời gian 80 dB và bộ tách chùm phân cực cung cấp cách ly phân cực 30 dB để đạt được cách ly ghép kênh tổng cộng 110 dB, đảm bảo rò rỉ photon đủ thấp trong khi cường độ dẫn cao hơn tín hiệu lượng tử 67 dB để đạt được sự ức chế tiếng ồn pha và tiếng ồn rò rỉ photon ở mức tổn thất cao 41 dB.
Nhóm nghiên cứu đã xây dựng một liên kết mất mát tương đương 38-43 dB bao gồm các kênh không gian tự do, sợi quang 50 km và bộ suy giảm ánh sáng biến đổi, đường quang thí nghiệm được hiển thị trong Hình 1. Đầu thu sử dụng rung động riêng biệt để hoàn thành phát hiện kết hợp và định lượng độ chính xác 12 bitMáy hiện sóngTín hiệu lượng tử và tín hiệu dẫn tần được thu thập để cung cấp dữ liệu thực nghiệm để phục hồi khóa ban đầu và đánh giá quá nhiễu trong điều kiện mất mát cao. Nhóm nghiên cứu đã hoàn thành việc xử lý hậu kỳ kỹ thuật số bằng cách sử dụng lấy mẫu giảm hiệu quả cao, ước tính độ lệch tần số chính xác cao Quinn và công nghệ phục hồi pha hỗ trợ hướng dẫn. Ở mức tổn thất 41 dB, tín hiệu phục hồi và dữ liệu điều chế Gaussian phía Alice thể hiện đỉnh liên kết đáng kể duy nhất (Hình 2), cho thấy khóa ban đầu đã được khôi phục thành công và một liên kết vướng víu ảo được thiết lập giữa Alice và Bob. Để giải quyết vấn đề với biến động thống kê đáng kể trong ước tính tiếng ồn quá mức ở tổn thất cao 41 dB, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp thử nghiệm tương đương, đo được độ ồn quá mức trung bình là 0,0167 SNU. Sau khi ADC định lượng tiếng ồn và tiếng ồn suy giảm được tính vào các kênh Starground thực tế, độ ồn quá mức được dự đoán là 0,0198 SNU cho liên kết 1.200 km (Hình 3). Phân tích tỷ lệ khóa cho thấy hệ thống vẫn có thể đạt được tỷ lệ khóa an toàn dương ở mức tổn thất 41 dB (Hình 3), xác minh ban đầu tính khả thi của STARLAND CVQKD.
Triển vọng phát triển
Nghiên cứu đã xác minh sơ bộ tính khả thi của việc phân phối khóa lượng tử biến liên tục dưới các kênh Star-Earth có tổn thất cao 41 dB, phá vỡ giới hạn của Star-Earth CVQKD ở lại phân tích lý thuyết và mô phỏng số, cung cấp cơ sở thực nghiệm cho việc phục hồi tín hiệu lượng tử và ức chế tiếng ồn quá mức trong môi trường mất mát cao, nhiễu loạn mạnh, cung cấp một con đường kỹ thuật mới cho việc thiết kế và triển khai hệ thống phân phối khóa lượng tử biến liên tục Star-Earth thực tế và cung cấp tài liệu tham khảo quan trọng để xây dựng mạng truyền thông lượng tử tích hợp giữa không gian và Trái đất.
Trích dẫn:Ký hợp đồng cung cấp Phần mềm tính toán định lượng rủi ro ngoài khơi – Safeti Offshore cho Trung tâm nghiên cứu và phát triển An toàn và Môi trường Dầu khí (CPSE) ([Trích dẫn: 12 tháng 8 năm 2026]
