德国PTB在布伦瑞克PTB和汉诺威LUH间建立量子密钥分发系统

作为建立量子通信测试台（所谓的“下萨克森州量子链路”）工作的一部分，德国联邦物理技术研究所PTB在布伦瑞克PTB和汉诺威LUH之间安装了量子密钥分发 (QKD) 系统。目前系统已在PTB(“Bob”)和LUH (“Alice”)之间运行，能分发安全的量子加密密钥。

该系统由Quantum Optics Jena开发，并首先在PTB园区进行测试。QKD系统基于BBM92协议，依靠量子力学定律和不可复制定理，防止在不干扰量子态的情况下对其进行复制或测量，以确保通过光纤进行安全通信。该系统与自发参数下转换的非线性光学过程产生的偏振纠缠光子对进行通信。光源产生纠缠光子对，该光子对由接近光纤吸收最小值的1560nm（电信 C 波段）信号组成。在此波长下，损耗低至0.2dB/km，适合长距离光纤通信。波长为807nm 的闲频光子可以通过低成本紧凑型探测器进行有效检测。两个波长在空间上分离并过滤，最后耦合到光纤中。闲频信号被传输到位于汉诺威光源附近的本地探测器 (“Alice”)，其中使用单光子雪崩二极管 (SPAD) 探测器检测四种偏振态，并且信号通过长光纤链路传输到布伦瑞克的远程探测器(“Bob”），其中通过超导纳米线单光子探测器（SNSPD）检测偏振态。每个光子的探测时间由时间标记器记录，双方的测量数据通过经典通信通道共享，并由系统处理以同步和补偿光纤传输过程中的偏振波动，以减少光纤传输过程中的偏振波动。“Alice”和“Bob”之间发送和接收信号，最终生成安全的量子加密密钥。