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东芝剑桥研究实验室（Toshiba’s Cambridge Research Laboratory）展示了超过600千米长的光纤的量子通信。这项工作利用了一种称为双波段稳定的技术，它标志着量子加密通信的重大进展，特别是在大都市区之间信息安全传输等领域。如何通过长光纤传输量子位是构建量子互联网的挑战之一：环境条件的微小变化，如温度波动会使纤维膨胀和收缩。这会使编码过程中光纤内碎弱的量子位作为 弱光脉冲的相位延时而受到干扰。
图中描述东芝量子通信的双波段稳定方法。Toshiba供图。
东芝引进了一种新的双波段稳定技术，以不同波长发送两个光学参考信号，从而尽量减少长光纤的相位波动。第一波长在发生时会取消各种波动，第二波长与光学量子位相同，用于相位的微调。剑桥研究小组发现，通过这种方法，即使通过数百千米的光纤传播，也有可能将量子信号常数的光学脉冲保持在波长比例的一小部分以内，精度为几十纳米。该方法的第一个应用将是远距离量子密钥分布 （QKD）。目前市售的 QKD 系统仅限于大约 100 到 200 公里的光纤。2018年，东芝在《Nature Photonics》上发表了一篇论文，提出了双场QKD协议，以此延长距离，并测试了其使用短光纤和衰减器对光损失的抵抗能力。通过采用双带稳定技术，该团队在600多公里的长纤维上展示了双场QKD。
"有了我们开发的新技术，QKD的通信距离有可能进一步延长，我们的解决方案可以应用于其它量子通信协议和应用，"论文的第一作者描述这些结论的Mirko Pittaluga说。此前，英国通信公司英国电信（BT）和东芝（Toshiba）于2020年在英国建立了第一个工业量子安全网络。该系统在国家复合材料中心（National Composites Centre）和建模与仿真中心（Centre for Modelling & Simulation）之间传输数据。东芝的多重兼容性使数据和量子密钥能够沿同一光纤传输，无需专用基础结构进行密钥分发。研究人员认为，使用现有基础设施进行短距离多路复用的QKD和使用双场QKD进行更远距离的组合，将为商业上可行的全球量子安全网络铺平道路。这项研究发表在《Nature Photonics》上(www.doi.org/10.1038/s41566-021-00811-0).
