近日，北京量子信息科學研究院袁之良團隊與南京大學尹華磊合作，首次在實驗上實現了打破安全碼率-距離界限的異步測量設備無關量子密鑰分發（也稱模式匹配量子密鑰分發），成功實現508公里光纖量子通信，以及破紀錄的城際密鑰率和雙光子乾涉距離。

6月20日，相關研究成果發表在國際著名學術期刊《物理評論快報》（Physical Review Letters）上，並被選為編輯推薦（Editors’ Suggestion）。美國物理學會Physics網站邀請國際專家撰寫了相關Viewpoint評論文章。同時，《物理評論快報》也以新聞發布的形式向科技界新聞媒體重點推介了該工作。

點對點量子密鑰分發（QKD）的密鑰率隨著信道的損耗呈線性衰減。雙場量子密鑰分發（TF-QKD）可以使得密鑰率以信道衰減的平方根線性下降，因而受到了極大的關注和取得了極大的成功。但雙場協議系統實現複雜，通常需要相位跟踪、頻率校準等模塊來保證穩定的長距離單光子乾涉。南京大學尹華磊等於2022年提出一種新穎的異步測量設備無關量子密鑰分發（Asynchronous MDI-QKD）協議，該協議通過經典後處理實現時間復用，構建了雙光子貝爾態，建立起MDI-QKD與TF-QKD之間的橋樑。後測量配對技術可大大降低TF-QKD系統中對激光源、相位穩定性等的嚴格要求，在中長距離還可實現更高的安全密鑰率。

同步與異步配對方案對比圖

袁之良團隊基於異步測量設備無關量子密鑰分發協議（也稱為模式匹配量子密鑰分發，由清華大學馬雄峰組獨立提出）與新型的響應過濾方法，研製出200微秒時間間隔內仍可進行穩定異步雙光子乾涉的量子密鑰分發系統，首次在無需相位跟踪技術且進行了嚴格的組合安全有限密鑰分析的情況下突破了安全碼率界限。該實驗工作實現了創紀錄的雙光子乾涉距離和城際密鑰率，將MDI-QKD的最大光纖傳輸距離從404公里提高到508公里。在400公里處其密鑰率相比之前提高了6個數量級，201公里與306公里處的安全密鑰率分別超過57000比特/秒與5000比特/秒，可滿足語音通信等實時加密需求。該研究成果對商用化、高安全城際量子密鑰分發系統和我國構建經濟高效的城際量子安全網絡具有重要意義。

安全碼率圖

北京量子信息科學研究院副研究員周來、工程師林錦平，以及南京大學物理學院博士生謝元梅、陸玉碩為該論文的共同第一作者，南京大學物理學院尹華磊副教授和北京量子院首席科學家袁之良為該論文的共同通訊作者，作者還包括北京量子研究院助理研究員荊雨芒。該項目得到了國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金、中央高校基本科研業務費專項資金以及南京江北新區重點研發計劃項目的支持。