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近期麻豆视频 量子信息团队在基于量子比特帧同步的量子密钥分发现场试验方面取得新进展，研究论文“Field-trial quantum key distribution with qubit-based frame synchronization”被Optics Express杂志接收发表。该工作获得量子科学与技术—国家科技重大专项、广西自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、八桂学者计划等项目资助。

主要内容简介：

量子密钥分发（QKD）利用量子不可克隆定理和不确定性原理，能够为通信双方提供信息论安全的密钥分发，是应对未来量子计算威胁的关键技术之一。在传统的光纤部署中，QKD系统通常借助经典光信号实现收发双方的时钟同步，但这种方案不仅增加了系统复杂度，还可能引入额外噪声。同时，城市光纤链路易受温度变化与环境振动等影响，导致传输光的偏振态发生扰动。针对上述问题，有必要在实地部署的QKD系统中采用复杂度更低且具备长期稳定性的方案，从而使其更易于集成到现有电信基础设施中，推动QKD技术从实验室走向大规模、实用化的量子安全通信网络部署。

针对上述问题，研究团队在南宁市城市光纤网络中成功演示了一套基于量子比特分布式帧同步的QKD系统（如图1所示）。该系统采用偏振编码的单诱骗态BB84协议，重复频率为100 MHz。在同步方法上，系统采用近期提出的量子比特分布式帧同步方法 [Y. Chen et al., J. Lightwave Technol. 43, 5032 (2025)]，无需专用同步硬件即可直接从量子信号中提取同步信息，并能在高信道衰减下保持连续不间断运行；在偏振自补偿方面，接收端集成了基于量子比特的偏振反馈控制模块，利用同步信号中恢复的数据，通过电控偏振控制器（EPC）实时补偿光纤链路中的动态偏振扰动，有效对抗城市光纤因温度变化和环境振动等引起的偏振态漂移。

图1南宁城市光纤QKD实验配置与实验装置示意图。(a) 实验架构鸟瞰图：发射端（Alice）位于广西信息中心，接收端（Bob）位于麻豆视频 ，途径链路总损耗约18 dB。(b) 实验装置示意图（左右两个框分别表示发送端和接收端装置）。发射端装置：包含激光器（中心波长为1550 nm）、强度调制器（Sagnac干涉仪结构）、Sagnac偏振编码模块（Sagnac‑POL）等；接收端装置：包含密波分复用器（DWDM）、电子偏振控制器（EPC）、偏振分析模块（PAM）、单光子探测器（SPD）等。

研究团队在真实城市光纤链路上开展了长达12小时的连续运行测试，结果如图2所示。系统在18 dB信道损耗下的平均量子误码率（QBER）低至1.12±0.48%。在此基础上，团队进一步评估了系统的安全密钥率（SKR），如图3所示，在18 dB的信道损耗下达到26.6 kbit/s。即使通过可调光衰减器将总损耗增至40 dB（模拟高损耗场景），系统仍能维持115 bit/s的有限密钥安全速率，充分验证了基于量子比特帧同步方案的稳定性与高损耗下的实用性。

图2 在具有18 dB信道损耗的现场部署光纤链路中，系统在12小时连续操作期间的QBER：

Z和X基（左轴）的QBER和EPC的反馈电压（右轴，通道1、2和3分别为蓝色、橙色和红色），每2.5分钟记录一次。

图3 不同传输损耗下的安全密钥率（SKR）。蓝色曲线为基于实验参数的仿真结果，红色星号为真实光纤链路实验数据，红色圆圈和三角形分别表示在原有链路基础上增加12 dB和22 dB额外衰减（对应总损耗30 dB和40 dB）的实测结果。

本研究首次在真实城市环境中完成了基于量子比特分布式帧同步QKD方案的长期稳定性验证。系统无需额外同步硬件，即可实现高精度时钟同步和实时偏振补偿，为构建实用化、可扩展、低成本的量子安全通信网络提供了一条有前景的技术路径。

作者：管锐（硕士生）、于景春（硕士生）、李沼云（电科第三十四所）、谢洪波（季华实验室）、韦宇星（广西壮族自治区信息中心）、李森（广西壮族自治区信息中心）、文静（广西壮族自治区信息中心）、梁晓东（电科第三十四所，通讯作者）、李延伟（季华实验室，通讯作者）、韦克金（教授，通讯作者）。

论文链接：//doi.org/10.1364/OE.593410