在袁之良组建的实验室一角，一组组光纤整齐地排列着，连接成一条总长度超过600公里的“跑道”。携带着量子密钥信息的光，就在这条芯径仅10微米的“跑道”上飞奔。
安全是量子通信最大的特点，任何试图截获、测量的“窃听”行为，都会经由误码率如实反映出来。量子密钥分发是量子通信的主要方式之一，它利用量子的不可测量性和不可克隆性，借助“一次一密”的加密方式，为量子通信提供了一把牢靠的“安全锁”。双场量子密钥分发协议是现有架构中，最有利于量子信息远距离传输的一种，两个异地的独立激光源分别发出量子比特，位于中点的探测器则担任“裁判员”，甄别两端信息是否匹配，据此生成密钥。
借助这一理论，已有多支国内外量子科研团队实现了500公里以上的量子密钥分发。但通信双方相隔如此之远，而光的振荡频率最高可达每秒100万亿次，即使两地激光源的频率在发出时仅“差之毫厘”，经过长距离传输也会“谬以千里”，因此需要在两地连通第二条“光路”——服务光纤，保证两处激光源同频，这便形成了闭环结构。
“这个架构要搭建双倍长度的光纤，不论是从成本还是系统运行维护的角度，都存在诸多不便，不利于未来多节点广域量子保密网络的建设。”于是，袁之良团队设计了一个新架构，无需架设服务光纤，通过电光调制器产生的相干光频梳来纠正频率异常的量子光。“这个小东西尺寸只有5到10厘米，作用却与原本数百公里长的光纤相当。有了它，量子密钥分发只需搭建一条‘路’，所以称其为开放式架构双场量子密钥分发系统。”
利用新架构，袁之良团队成功完成世界首个开放式架构双场量子密钥分发实验，分发距离达615公里。相干光频梳技术的引入，还让量子信号光的相位漂移速率降低了1000多倍，让系统能更好地识别信号，有助于光纤量子密钥分发距离向千公里级别突破。
“实地光纤是整套系统中最昂贵的部分，新架构更简洁、更经济，能极大地降低量子密钥分发系统的建设成本，有利于未来构建多用户、多节点的城际量子保密通信网络。”实验成功只是第一步，近期，袁之良团队计划开展场地实验，利用传统的光纤干线网络传输量子信息。未来，基于此架构开展的量子通信“网速”不会慢，将能承载兆比特每秒以上的传输需求，有望实现城域网的“量子视频会议”与城际网的“量子语音电话”。
为便于推广应用，相关系统设备还将“瘦身”。“现在设备体积还比较庞大，我们正在开发相应的光子芯片，目前已经取得了一定的进展。如果研发成功，原本分属十多个光纤器件的功能就将集成在一块1厘米见方的芯片上，集成为可随身携带的‘笔记本电脑’。”袁之良说。
（责任编辑：郎静）
