斯图加特利用量子点在已铺设的校园光纤上实现基于纠缠的 QKD

斯图加特牵头的团队利用转换至通信波段的量子点纠缠光子，通过 1.59 公里校园光纤生成了 14.2 Mbit 安全密钥。

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由斯图加特大学牵头的团队在一条已铺设的光纤链路上实现了基于纠缠的量子密钥分发（QKD），所用光子来自半导体量子点，而不是大多数现场系统所依赖的衰减激光或非线性晶体。在 10 月 27 日发布的预印本 Deployed entanglement-based BBM92 quantum key distribution using frequency-converted photons emitted by a quantum dot 中，17 位作者报告称，在斯图加特-法伊欣根（Vaihingen）校区实现了 206 Hz 的安全密钥速率，并持续运行 19 小时。

发布内容

摘要称，该链路跨越 1.59 公里已铺设光纤，共生成 14.2 Mbit 安全密钥，团队用其对一幅彩色图像进行了加密和解密。Quantum Computing Report 报道称，萨尔大学和 Leibniz IFW Dresden 也参与了这项工作，并将图像加密描述为一次一密（one-time pad）。

技术细节

光源是一颗采用液滴刻蚀（droplet-etched）工艺制备的砷化镓量子点，在 1 GHz 激发速率下发射波长约 780 nm 的偏振纠缠光子对。由于这一波长在标准通信光纤中传输效果不佳，团队采用量子频率转换，将每对光子中的一个转移到通信波段，同时保持偏振纠缠。据 QCR 介绍，一台内部效率最高达 50% 的 Sagnac 型转换器将光子从 779.8 nm 转换到 1515 nm。

QCR 报道的其他数据：

在 275 皮秒符合窗口内，相对目标 Bell 态的保真度为 91.4%；
连接实验室与校园另一处接收机柜的光纤链路总损耗为 1.09 dB，并配有电动偏振跟踪；
原始密钥速率 504 Hz，安全密钥速率 206 Hz，平均量子误码率 4.70%，低于 BBM92 协议 11% 的阈值；
采用 5000 比特 LDPC 码块纠错，并用 Toeplitz 哈希进行隐私放大。

据 QCR 介绍，借助电动波片每小时进行一次偏振校准，链路在整个 19 小时内保持稳定；吞吐量的小幅下降归因于窄带滤波器的热漂移。

为何重要

量子点可以按需发射光子，从而避免激光和晶体光源在亮度与多光子发射之间的根本性权衡。它们的短板一直是波长。作者表示，这项实验表明，高速明亮的纠缠光子源、高效的频率转换器和皮秒级精度的时间同步可以在真实的现场网络中协同工作——这是迈向混合量子网络的一步。

值得关注

上述结果来自尚未经过同行评审的预印本。传输距离为校园尺度。下一步的问题是：该方法在城域距离和多节点网络中能否继续有效，以及随着光源和转换器效率提升，安全密钥速率能否随之提高。