双场协议的实现需要两个异地的独立激光源在第三方远程节点处实现稳定的单光子干涉，但通信双方激光源的微小频差与长距离光纤造成的快速相位漂移，都对干涉有重要影响。

目前，传统的方案是在遥远两地间架设服务光纤作为传输媒介，然后通过时频传输或者光学锁相环等技术完成两地激光源的频率锁定，这种闭合光纤架构（见图1.a）非常不利于多节点的广域量子保密网络应用。

图1 (a)传统闭合光纤架构；(b)北京量子院研发的开放式架构

该团队基于自主开发的相干边带稳相与异地激光源频率校准技术，研制出首个开放式架构、无需服务光纤的新型双场量子密钥分发系统（图1.b与图2）。系统重复频率为1 GHz，Alice和Bob通过电光调制器生成相干边带，选取其中相距100 GHz的两根梳齿分别作为相位参考光（λc）与量子信号光（λq）。基于超导纳米线单光子探测器的反馈信号（平均计数率13 MHz），高速稳相模块的实时反馈速率为200 kHz，相位稳定后相位参考光的标准差小于0.1 rad。根据相位补偿信号，还可实时提取出相距六百公里以上光纤的异地激光源间的频率差，确保系统的长时间运行。

图2 双场量子密钥分发实验系统图。(a) 相干边带生成；(b)编码模块

基于新型双场量子密钥分发系统，该团队最终实现了低损耗光纤四百公里级、五百公里级、六百公里级的安全成码，并且打破无中继量子密钥分发的码率界限；成功演示了臂长差为百公里的量子密钥分发实验，Alice和Bob到Charlie端的光纤长度分别是153 km和254 km（目前最长臂长差记录），该系统架构将有助于星型网络的实现。

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编辑 | 方紫璇

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