2023年2月，上海交通大学量子感知与信息处理研究所曾贵华教授团队联合上海循态量子科技有限公司，首次完成了基于热态信号源的自由空间信道（大气信道）下的连续变量量子密钥分发实验。

      该实验基于随路本振连续变量量子密钥分发方案，采用低成本热态光源（如LED）随机性测量技术，取代传统连续变量量子密钥分发系统中的量子随机数发生器和高斯调制器，显著降低了系统复杂度和系统成本，实现了数公里等效大气信道下的安全密钥分发，为无法部署光纤的复杂环境下量子安全通信设备研制及应用奠定了基础。该工作发表在国际著名光学期刊《Optics Letters》上，张名琦为论文第一作者，黄鹏副研究员为论文通信作者。

图1 基于热态光源的自由空间连续变量量子密钥分发实验图

在网络信息安全应用中，如何获取具有信论安全性的密钥一直是挑战性难题。量子密钥分发技术是迄今被证明可解决此难题的有效技术。连续变量量子密钥分发技术是一种用于获取安全量子密钥的典型技术路线，因其具有高性价比、高安全码率、易集成、与现网融合性好、强抗背景噪声等特征而广受关注。热态（例如太阳光、LED光）是一种特殊的量子态，将其作为信号源来实现连续变量量子密钥分发，不仅能降低了系统复杂度，还可显著节约发送端的体积与成本，特别适合用于无法部署光纤的应用场景，如无人机编队的安全通信、车联网安全通信等，近年来受到各国学者的高度重视。

本工作针对自由空间湍流信道下的热态光源量子密钥分发实验实现问题，在热态与本振光的偏振复用、湍流信道透过率同步监控、精细自由空间相位补偿、以及自由空间分组参数及密钥率评估方法等核心技术方面实现了重要突破。在此基础上，模拟自由空间强湍流信道，实现了-6dB~-15dB大气透过率下平均安全密钥率达到1.015Mbps的自由空间连续变量量子密钥分发，该安全密钥率可以用于保障高清视频的实时安全传输。通过对实验信道进行建模分析，表明：该方案适用于5公里内大气信道下基于热态的量子安全通信，为山区、水面、车联网、高铁、无线接入网等无法部署光纤的复杂环境下安全链路建立与加密信息传输提供了低成本、小型化、低复杂度的量子密钥分发解决方案。

      该工作得到了科技部科技创新2030重大专项、上海市市级重大专项、国家自然科学基金重点项目、广东省重点研发计划等项目资助。全文链接：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-48-5-1184