Experimental Twin-Field Quantum Key Distribution over 1000 km Fiber Distance

量子密钥分配 物理 光子 量子网络 密钥生成 配对 量子 量子信息科学 超导电性 光学 量子力学 量子计算机 计算机科学 量子纠缠 密码学 计算机安全
作者
Yang Liu,Weijun Zhang,Cong Jiang,Jiu-Peng Chen,Chi Zhang,Wen-Xin Pan,Di Ma,Hao Dong,Jia-Min Xiong,Chengjun Zhang,Hao Li,Rui-Chun Wang,Jun Wu,Teng-Yun Chen,Lixing You,Xiang‐Bin Wang,Qiang Zhang,Jian-Wei Pan
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:130 (21) 被引量:160
标识
DOI:10.1103/physrevlett.130.210801
摘要

Quantum key distribution (QKD) aims to generate secure private keys shared by two remote parties. With its security being protected by principles of quantum mechanics, some technology challenges remain towards practical application of QKD. The major one is the distance limit, which is caused by the fact that a quantum signal cannot be amplified while the channel loss is exponential with the distance for photon transmission in optical fiber. Here using the 3-intensity sending-or-not-sending protocol with the actively-odd-parity-pairing method, we demonstrate a fiber-based twin-field QKD over 1002 km. In our experiment, we developed a dual-band phase estimation and ultra-low noise superconducting nanowire single-photon detectors to suppress the system noise to around 0.02 Hz. The secure key rate is $9.53\times10^{-12}$ per pulse through 1002 km fiber in the asymptotic regime, and $8.75\times10^{-12}$ per pulse at 952 km considering the finite size effect. Our work constitutes a critical step towards the future large-scale quantum network.
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