《APL Photonics》是由美国物理学会(American Institute of Physics, AIP)出版的科学期刊,专注于光子学领域的基础与应用研究。该期刊旨在促进物理、化学、生物学和材料科学等多学科交叉的光子学研究,致力于发表在光子学领域具有重大突破性、创新性或长远影响的高品质研究成果。

由鸿海研究院半导体所郭浩中所长与半导体所洪瑜亨博士、缪文茜研究员、萧复合研究员及半导体所研究团队,携手阳明交通大学及台湾大学林恭如特聘教授研究团队,与日本情报通信研究机构(National Institute of Information and Communications Technology, NICT)程志贤博士研究团队,在共同合作之下,突破非同步式DPS-QKD技术,研究团队特别感谢鸿海研究院李维斌执行长在研究过程中提供的宝贵指导与支持。

本研究利用非同步编解码技术,透过缩短延迟线干涉仪(Delay Line Interferometer, DLI)的光路差距,扩展自由光谱范围(Free Spectral Range, FSR),成功改善DPS-QKD系统对环境热扰动的耐受性。研究团队测试了四种具不同FSR的纤维化DLI,从40 MHz到1 GHz,结果显示FSR扩展至1 GHz后,量子位元错误率(Quantum Bit Error Rate, QBER)降至2.2%,安全密钥速率(Secure Key Rate, SKR)提升至77.32 kbps。

DPS-QKD 系统的架构图。包括生成器(AWG 和放大器)、驱动器(电流源、电源供应器和偏置 T 接头)、发射器(DFBLD)、调变器(强度和相位调变器)、光纤元件(单模光纤缠绕和衰减器)、解码器(延迟干涉仪),以及接收器(SPAD、直流阻隔器和 DSA)。鸿海提供
DPS-QKD 系统的架构图。包括生成器(AWG 和放大器)、驱动器(电流源、电源供应器和偏置 T 接头)、发射器(DFBLD)、调变器(强度和相位调变器)、光纤元件(单模光纤缠绕和衰减器)、解码器(延迟干涉仪),以及接收器(SPAD、直流阻隔器和 DSA)。鸿海提供

此外,团队选用一种线宽仅296.66 kHz且波长稳定性优异的分布式回馈雷射二极管(DFBLD)作为光源,成功将波长扰动控制在±0.05 pm,并显著降低长期解码误差。

与传统同步技术相比,非同步DPS-QKD技术在提高对热扰动的抗干扰能力方面具有显著优势,同时有效减少了对高精度温控与电流控制设备的依赖,进一步降低系统运行成本。短光路的DLI设计更提高了干涉稳定性,使系统能在多变的环境条件下稳定运行长达数分钟以上。

研究指出,该技术还具备灵活性,允许在高编码与低解码速率间进行动态调整,实现低功耗且高安全性的量子密钥传输。这项技术不仅显示了量子通讯系统在安全性与稳定性方面的划时代进步,也为未来量子加密技术的商业化应用奠定了坚实基础,此次突破将成为推动全球量子光通讯发展的重要里程碑。

使用不同纤维化延迟干涉仪(DLI)并对应自由光谱范围(FSR)为 40、192 MHz 和 1 GHz 的非同步位元速率 DPS-QKD 流的解码性能:(a)在 DLI 可视性为 91.76% 时获得的量子位元错误率(QBER)和安全密钥速率(SKR);(b)在 DLI 可视性为最大值(约 96%)时获得的 QBER 和 SKR;(c)模拟的可视性与温度波动之间的关系;以及(d)放大显示的可视性与温度梯度变化的斜率,并随 FSR 的增加而受到抑制。鸿海提供
使用不同纤维化延迟干涉仪(DLI)并对应自由光谱范围(FSR)为 40、192 MHz 和 1 GHz 的非同步位元速率 DPS-QKD 流的解码性能:(a)在 DLI 可视性为 91.76% 时获得的量子位元错误率(QBER)和安全密钥速率(SKR);(b)在 DLI 可视性为最大值(约 96%)时获得的 QBER 和 SKR;(c)模拟的可视性与温度波动之间的关系;以及(d)放大显示的可视性与温度梯度变化的斜率,并随 FSR 的增加而受到抑制。鸿海提供

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