最近，中国科学技术大学的研究团队搞了个大新闻。他们在量子保密通信的核心技术——量子密钥分发（QKD）上，突破了一个卡了大家二十年的瓶颈。成果发表在2025年6月的《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，简单说，就是他们造出了一个特别厉害的‘真·单光子源’，让量子密钥的生成速度大幅超越了传统方法的理论极限，最高能快出79%。这对未来实现更安全、更高效的量子通信网，意义重大。
图释：团队的实验设置。图片来源：由 USTC 实验团队提供
量子密钥分发是啥？你可以把它想象成一种利用量子物理法则来‘绝对安全’传递密码本的技术。它的核心是光子（光的粒子）。传统做法，是用一种叫‘弱相干脉冲光源’（WCP）的设备来模拟发射单光子。但这设备有个先天不足：它发射的脉冲，有时候一个光子也没有（空包弹），有时候又一下喷出好几个光子（连发弹）。真正能用来安全生成密钥的‘完美单光子脉冲’，理论上最多只占全部发射脉冲的37%左右（约等于1/e，也就是大约0.367）。这个37%就是著名的‘1/e极限’，像一道无形的墙，限制了量子密钥的传输效率二十年。
图释：单光子 QKD 实验的结果和与其他实验的比较。图片来源：由 USTC 实验团队提供
中科大许飞虎教授团队这次干的事，就是直接造墙外头去了。他们没用那个‘模拟’单光子的弱光源，而是搞出了一个‘真家伙’——基于‘量子点-光学微腔’技术的‘真单光子源’（SPS）。这个SPS的厉害之处在于，它能真正做到‘指哪打哪’：按一下按钮，就精准发射一个光子，而且效率奇高，亮度远超以往同类设备（以前的大概只有10%的效率）。他们还用了窄带滤波和低损耗的偏振调制技术，尽可能保证光子‘纯净’且传输损耗小。
有了这个‘神枪手’光源，团队在实验室和城市自由空间信道里做了实验。结果非常亮眼：在一个损耗为14.6分贝（相当于信号衰减了约29倍）的城市自由空间链路上，他们的单光子源QKD系统实现了每秒每脉冲生成 1.08 × 10⁻³ 比特的安全密钥速率（SKR）。这个数字看起来小？但它实实在在地比传统弱相干光源QKD系统在同等损耗下的‘实用极限’高了整整79%！也就是说，他们用实验证明了，真单光子源确实能突破那个困扰了领域二十年的1/e理论天花板。
为什么快这么多？核心就在于‘真单光子源’大大减少了‘空包弹’和‘连发弹’的浪费和风险。传统弱光源就像一把射程近、准头差、还时不时卡壳或连发的旧枪，大量子弹（光子）不是没打出去，就是打歪了，或者成了容易被黑客利用的‘隐患弹’（多光子脉冲）。而中科大的新光源，则像一把高精度狙击枪，指哪打哪，每一发（光子）都用在刀刃上，自然效率飙升。
当然，目前这项新技术也有需要改进的地方。比如，它在容忍更大信道损耗（即更远距离或更恶劣环境）方面，暂时还比不上发展更成熟的传统弱光源系统。研究团队自己也指出，这主要是因为他们这次用的协议没有采用‘诱骗态’技术（一种用于对抗黑客攻击和提高多光子容忍度的常用策略），光源本身还有一点点残余的多光子效应。
接下来怎么办？许飞虎教授说了，他们要继续优化这个量子点单光子源，目标是让光子发射效率更高、纯度更好（更接近理想的单光子），同时优化整个QKD系统，并探索结合‘诱骗态’等更先进的协议。更远的未来，这种高效可靠的单光子源，将是构建复杂量子网络（比如需要量子中继、量子隐形传态的）的关键基石。
这项突破的意义，不仅仅是密钥生成变快了79%。它用实验验证了一个期盼已久的方向——真单光子源是突破QKD速率瓶颈的正道。这给整个量子通信领域打了一剂强心针，让大家更有信心沿着这条路走下去，推动量子保密通信从实验室和特定场景，走向更广泛的实际应用。哪天我们能用上又快又稳、让量子黑客束手无策的量子网络，这次突破可能就是铺下的其中一块重要基石。
参考文献：
Yang Zhang et al, Experimental Single-Photon Quantum Key Distribution Surpassing the Fundamental Weak Coherent-State Rate Limit, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.210801 . On arXiv : DOI: 10.48550/arxiv.2406.02045
科学剃刀，速递全球顶刊科学动态，关注+星标，第一时间收到推送。
明道配资-北京股票配资平台-专业股票配资利息-正规配资炒股平台网址提示：文章来自网络，不代表本站观点。
