科学家们通过演示一种在超过120公里光纤上运行的极其稳定的量子加密系统，向超安全量子通信迈出了重要一步。利用微小的半导体量子点按需发射单光子，该团队实现了此类技术迄今最高的安全密钥速率之一，并在无需人工调节的情况下保持了超过六小时的连续运行。
另一个重要的发展是时间仓编码，这是一种将信息存储在光子到达时间中的技术。这种方法对于长距离量子通信特别有吸引力，因为它天然地能够抵抗许多可能破坏光纤网络的环境干扰。
超过120公里的稳定量子加密
来自德国和中国高校的一个国际研究团队现已展示了首个由按需通信波段半导体量子点器件驱动的真正的时间仓QKD系统。他们的成果作为封面文章发表在《光：科学与应用》（Light: Science & Applications）期刊上。
在实验中，科学家们利用自稳态时间仓编码器，确定性地和随机地生成了三种独立的时间仓量子比特态。该装置将由通信C波段量子点产生的偏振单光子转换为编码量子信号。在接收端，光子量子比特通过一个包含移相器的主动稳定干涉仪进行解码，使系统能够长时间运行而无需人工调整。
研究人员成功地在编码器和解码器之间跨越超过120公里的光纤链路上传输了量子信号。该系统在超过六小时的连续运行中也保持了令人印象深刻的稳定性。
量子点实现的高安全密钥率
这项概念验证实验实现了迄今为止报道的基于高性能量子点器件的时间仓QKD系统的最高安全密钥率。该量子点源在大约76 MHz的运行速率下产生了明亮且高纯度的单光子。
即使在穿过120公里的标准光纤后，该系统的平均量子比特误码率仍保持在11%以下。在实际有限密钥条件下，该装置保持了约15比特/秒的平均安全密钥率，这一水平被认为适用于现实世界的加密文本消息应用。
研究人员强调了这一进展的重要性：
“具有珀塞尔增强的通信波段量子点可以提供适用于城际光纤通信的高亮度光子，使其成为集成到实用QKD系统中的有希望的候选者。”
时间仓编码提高现实世界的稳定性
团队还强调了时间仓编码与许多现有的基于量子点的QKD系统相比的优势，后者可能对环境干扰非常敏感。
“大多数现有的基于量子点的QKD系统容易受到环境因素（如湍流、温度和振动）引起的实际量子信道变化的影响。这就需要主动补偿。相比之下，时间仓编码将量子比特编码在单光子的时间位置上，即使没有任何复杂的补偿协议，也能针对此类信道波动提供内在的稳定性”
据科学家称，该系统长时间不间断运行证明了该方法的鲁棒性。
“该系统连续运行了6小时，突显了由包括萨格纳克干涉仪（SNI）、主动反馈控制等在内的系统所实现的时间仓方案的内在鲁棒性。”
研究人员表示，这项工作标志着向实用、可扩展的量子通信系统迈出了重要一步，这些系统最终可能支持现实环境中的安全量子网络。
“这一结果强调了将量子点单光子源集成到稳定且可现场部署的时间仓QKD系统中的可行性，标志着基于固态单光子发射体的可扩展、量子安全通信网络迈出了重要一步。”