该团队的实验装置。

量子密钥分发（QKD）是一种基于量子物理原理的加密技术，在提升通信安全性方面展现出巨大潜力。该技术通过利用光子或其他粒子的量子态传输加密密钥，由于这些量子态无法在不改变其状态的情况下被复制或测量，因此极大增加了恶意方在不被察觉的情况下截获双方通信内容的难度。

由于真正的单光子源（SPS）难以制备，目前大多数已开发的量子密钥分发（QKD）系统均依赖于模拟单光子的衰减光源，例如低强度激光脉冲。由于这些激光脉冲也可能不包含光子或包含多个光子，因此系统中使用的脉冲中仅约37%可用于生成安全密钥。

中国科学技术大学（USTC）的研究人员最近成功克服了此前提出的量子密钥分发（QKD）系统存在的局限性，他们利用了真正的单光子源（SPS，即能够按需发射单个光子的系统）。他们在《物理评论快报》（Physical Review Letters）上发表的一篇论文中概述了这一新提出的QKD系统，该系统被发现比以往引入的技术表现更优，实现了显著更高的安全密钥速率（SKR）。

“弱相干脉冲（WCP）与诱饵态协议在QKD中被广泛应用，”该论文的共同通讯作者徐飞虎表示?！叭欢?，弱相干脉冲（WCP）-QKD的一个局限性是单光子概率的理论上限为1/e，这限制了密钥生成速率。虽然理论上认为SPS能够突破这一限制，但过去的实验受限于光源亮度较低（约10%），无法证明其优越性。这一直是过去20年来SPS面临的长期挑战?！?/span>

徐教授及其同事最近开展的研究的主要目标是构建一个能够按需发射高亮度单光子的物理系统，从而克服过去用于构建量子密钥分发（QKD）系统时所使用的弱化光源所面临的根本性限制。

单光子量子密钥分发（QKD）实验结果及其与其他实验的比较。

他们的希望是，这一系统能够提升量子密钥分发（QKD）技术的可靠性和性能，从而为未来在实际环境中的部署奠定基础。

“通过采用高效率的量子点腔单光子源、窄带滤波以及低损耗偏振调制技术，我们开发出了迄今为止效率最高的基于SPS的QKD光源，”徐教授解释道。“利用这一先进光源，我们在实验室和户外自由空间环境中开展了一系列QKD实验?！?/span>

研究人员进行的实验取得了非常有前景的结果，因为他们的SPS被发现具有极高的效率，同时显著提高了QKD系统生成安全密钥的速率。总体而言，这些发现凸显了基于SPS的QKD系统的潜力，表明其性能可显著超越基于WCP的QKD系统。

“我们首次证明了基于SPS的QKD性能超越了WCP的基本速率极限，”徐教授表示。“在14.6(1.1) dB损耗的自由空间城市信道实地QKD试验中，我们实现了1.08 × 10^?3比特每脉冲的安全密钥速率（SKR），较基于弱相干光的QKD系统实际极限提升了79%。然而，目前SPS-QKD系统的最大信道损耗仍低于WCP-QKD系统?！?/span>

研究人员在他们的量子密钥分发（QKD）系统中观察到的较低信道损耗，并非源于系统本身，而是归因于他们在运行的无诱饵态协议中残留的多光子效应。作为未来研究的一部分，他们希望通过进一步优化系统底层的单光子源（SPS）性能，或将诱饵态引入系统，来提升系统的损耗容忍度。

“我们的下一阶段研究将聚焦于提升SPS QKD的性能，例如通过优化量子点单光子源——提升光子发射效率和纯度——优化QKD系统性能，并探索包括诱饵态理论在内的协议，”徐教授补充道。

“此外，我们还可以探索利用量子传送、量子中继和量子重复器等技术构建复杂量子网络基础设施的可行性。我们相信，持续的技术进步将逐步推动量子密钥分发（QKD）向实际应用和通用应用发展。”

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