2023年1月，上海交通大学量子感知与信息处理研究所（QSIP）所长曾贵华教授团队联合上海循态量子科技有限公司提出了可支持多速率多协议配置的新一代连续变量量子密钥分发（Continuous-Variable Quantum Key Distribution，简称CV-QKD）系统方案。其核心技术是基于本地本振CV-QKD光学架构，在调制部分采用经典调制器，可实现高斯调制协议、离散调制协议、一维调制协议三种协议相互切换；在接收部分采用大带宽相干探测器实现量子态的准确接收，可支持不同速率下的安全密钥输出。该方案可实现用户根据自身需求进行QKD系统配置，为构建灵活的量子保密通信网络提供了解决方案。

图1 多速率多协议系统框图

   QKD设备之间的兼容性是一个亟待解决的问题。根据网络运营商的需要，不同厂家的QKD发射机和接收机需要相互连接和兼容。另一方面，根据网络用户所需的密钥速率和安全级别，QKD系统需要在不同速率和协议之间进行实时切换，以保证通信的灵活性和有效性。目前大多数QKD系统都设置在特定的协议和系统频率上运行，而且不同的发射机和接收机不能互相兼容。而在未来的QKD网络中，具有较高兼容性和支持多种速率和协议的QKD设备是必不可少的。

   该成果实现了高兼容性和支持多速率多协议的CV-QKD系统，并进行了原理实验验证。该实验中，QKD设备通过对原始密钥信息进行载波调制，提高了信号稳定性。对于一维调制协议，采用一路高斯信号进行密钥信息调制；对于高斯调制协议，采用双路高斯信号进行密钥信息调制；对于离散调制协议，采用双路二值分布信号进行密钥信息调制。在接收信号后，通过信号功率谱确定滤波器的通带和阻带范围，并通过配置相应滤波器实现噪声滤除。对于恢复后的基带信号，先后通过位帧同步算法，正则分量正交化算法，相位补偿算法实现信道损伤补偿。最后通过参数估计得到系统噪声等关键参数，以此评估不同协议及不同速率的密钥速率。实验结果表明，该CV-QKD系统能够实现高斯调制、离散调制和一维调制协议的实时切换，并支持系统重复频率10MHz-100MHz，安全输出密钥率可达1Mbps-10Mbps，为构建灵活的软件定义QKD网络提供了有效支撑。

   本成果推进了量子密码通信设备的实际系统应用，有效提升了量子密码通信设备的兼容性。该工作得到了科技部国家重点研发计划、上海市重大专项以及广东省重点研发计划的资助。全文参考：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-48-3-719&id=525529