德国科学家利用量子点作为单光子源进行了首次城际量子密钥分配实验，展示了在79公里光纤链路上的安全通信。这一突破为更强大的量子互联网技术和未来的应用铺平了道路。

传统的加密方法依赖于复杂的数学算法和当前计算能力的限制。然而，随着量子计算机的兴起，这些方法变得越来越脆弱，需要量子密钥分发（QKD）。

QKD是一种利用量子物理的独特特性来保护数据传输的技术。这种方法多年来一直在不断优化，但由于现有量子光源的限制，建立大型网络一直具有挑战性。

在《光：科学与应用》发表的一篇新的期刊封面文章中，由德国汉诺威莱布尼茨大学（LUH）的丁飞（音译）教授、德国联邦物理技术研究所（PTB）的Stefan Kück教授、斯图加特大学的Peter Michler教授和其他同事领导的德国科学家团队实现了首个使用确定性单光子源的城际量子密钥分发实验，彻底改变了我们保护机密信息免受网络威胁的方式。

半导体量子点（QDs）被称为量子世界中的人造原子，在量子信息技术中显示出巨大的照明量子光的潜力。这一突破揭示了半导体单光子源在现实生活中安全长距离量子互联网的可行性。

下萨克森量子链路

丁飞教授解释说：“我们研究的是量子点，它是类似于原子的微小结构，但根据我们的需要量身定制。我们首次在两个不同城市之间的量子通信实验中使用了这些‘人造原子’。这个装置被称为‘下萨克森量子链路’，通过光纤连接汉诺威和不伦瑞克。

城际实验在德国下萨克森州进行，其中部署了一条长约79公里的光纤，连接汉诺威莱布尼茨大学（LUH）和德国联邦物理技术研究院（PTB）布伦瑞克。位于LUH的Alice静态地准备偏振加密的单光子。位于PTB的Bob包含一个被动偏振解码器，用于解密通过基于光纤的量子信道接收到的单光子的偏振态。这也是德国下萨克森州的第一条量子通信链路。

实现稳定、安全的传输

因此，研究人员已经实现了密钥的稳定和快速传输。

他们首先证实，在实验室中，在距离达144公里的情况下，可以达到28.11 dB损耗的正密钥速率（SKRs）。在该光纤链路上实现了35小时低量子误码率的高速率密钥传输。

“与涉及SPS的现有QKD系统的比较分析表明，在这项工作中实现的SKR超出了所有当前基于SPS的实现。即使没有进一步优化源和设置性能，它也接近基于弱相干脉冲的既定诱饵状态QKD协议所达到的水平。”该研究的第一作者杨敬忠（音译）博士说。

研究人员推测，量子点也为其他量子互联网应用的实现提供了巨大的前景，比如量子中继器和分布式量子传感，因为它们允许量子信息的固有存储，并且可以发射光子簇态。这项工作的结果强调了将半导体单光子源无缝集成到现实的、大规模的、高容量的量子通信网络中的可行性。

对安全通信的需求与人类本身一样古老。量子通信利用光的量子特性来确保信息不会被截获。“量子点设备发射单光子，我们控制并将其发送到布伦瑞克进行测量。这个过程是量子密钥分发的基础。”他表达了对这一合作成果的兴奋之情：“几年前，我们只是梦想着在现实世界的量子通信场景中使用量子点。今天，我们很高兴能够展示它们在未来进行更多有趣的实验和应用的潜力，朝着‘量子互联网’迈进。”

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