2023年8月，上海交通大学量子感知与信息处理研究所（QSIP）量子通信团队提出了往返式多频带量子接入网。该量子接入网采用往返结构，由QLT（quantum line terminal）发射激光，QNU（quantum network unit）只需要进行量子态的调制，最后返回QLT进行解调。同时采用多频带技术来支持多个用户的同时接入。每个QNU只需要一个调制器和一个环行器接入网络，整个网络只需要一个激光器和一个探测器。基于这种往返式多频带量子接入网，我们通过连续变量量子密钥分发(CV-QKD)协议实现了多用户安全密钥共享。实验结果表明，每个用户都能同时实现600 bits/s@30km以上的密钥率。该量子网络结构简单成本低廉，并有良好的噪声抑制能力和扩展性，为未来量子网络的发展奠定了基础。该工作发表在国际著名光学期刊《Photonics Research》上。论文的第一作者为上海交通大学量子感知与信息处理研究中心博士研究生徐越寒，通讯作者为王涛助理教授和曾贵华教授。

图1 往返式多频带量子接入网实验系统框图

    随着QKD技术的发展，构建多节点的QKD网络成为可能。由于QKD的双向性，只需要QNU或QLT其中一个进行发送，另一个进行接收，就可以完成密钥的分发。近年来出现了下行链路和上行链路的量子接入网结构。在下行链路量子接入网中，发送端位于QLT，接收端位于QNU。密钥通过时分复用的方式由QLT经过无源分束器均分给各个QNU。而探测器的大部分带宽都没有被使用。在上行链路量子接入网中，发送端位于QNU，接收端位于QLT。密钥通过时分复用的方式由各个QNU经过无源分束器汇总到QLT。这种方案需要多个发射器，成本较高。因此，我们提出了往返式多频带的量子接入网来解决这些问题。

    在往返结构量子接入网中，QNU既不需要担任接收光的工作，也不需要担任发射光的工作，QNU只需要调制QKD密钥。发射光和接收光的工作全部由QLT完成，这样就只使用一个激光器和一个探测器完成多用户的QKD密钥分配。往返结构有两个阶段。首先，光从QLT传输到QNU，这一过程中光被分为N份，分别传输给各个用户。QNU调制在其独有的载波频段调制密钥。假设第一个QNU所调制的载波频率为A MHZ，每个相邻QNU的载波频率间隔为B MHZ，则第2个QNU所调制的载波频率则为A+B MHZ。以此类推，第N个QNU所调制的载波频率则为A+NB MHZ。然后，光从QNU返回到QLT，到达QLT时的光汇集了来自所有用户的信号，可以在频谱上将其清晰地分离。我们通过一个8用户实验平台进行了3个用户理论验证实验。每个用户的基带频率为1MHz，载波频率分别为10MHz，20MHz和30MHz。实验结果表明，多频带调制方法不会出现频谱混叠现象。每个用户的过噪声均在0.01以下，并且每个用户都能同时实现600 bits/s@30km以上的密钥率。

     该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金，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://doi.org/10.1364/PRJ.492448