近日，中国科学技术大学郭光灿院士团队在实用化量子密钥分发领域取得重要突破，首次利用半导体单光子探测器实现超越超导探测系统的安全密钥率纪录，且无需低温制冷等复杂条件，为量子通信规模化部署奠定了重要基础。
相关成果于4月30日在线发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。
量子密钥分发（QKD）是量子保密通信中的关键技术之一。它将通信双方所需“密钥”编码在量子态中进行传输，一旦传输过程被窃听，量子态即发生变化并被通信双方察觉，因此被认为是一种具备信息论安全的保密通信手段。
随着量子通信逐步走向实际应用，如何在保障安全性的同时实现更高密钥率、并兼顾设备部署的便利性，成为该领域亟需解决的核心问题。近年来，依托高性能超导探测系统，QKD的安全密钥率虽不断提升，
但这类系统通常需要复杂的低温制冷条件，设备成本高、部署难度大，限制了其进一步规模化应用。
针对上述难题，郭光灿院士团队与哈尔滨工业大学李琼团队合作，突破了量子态制备与单光子探测技术在高速、高信噪比和集成度方面的相互制约。
在量子态制备方面，团队提出了基于偏振旋转双平行马赫-曾德尔结构的集成化量子态制备方案，实现了诱骗态和编码维度的一体化高速调制；在单光子探测方面，发展了雪崩光电二极管单光子探测技术，提出微弱雪崩信号提取方法，在保持高效率和低死时间的同时有效抑制噪声。在此基础上，系统无需低温制冷即可稳定运行，分别在10公里和100公里光纤链路上实现了60.33 Mbps和3.08 Mbps的安全密钥率纪录，达到国际领先水平。
值得一提的是，该成果面临的核心挑战——在保持高密钥率的同时减少对极低温超导系统的依赖、降低系统复杂度——正是《自然》杂志于2025年指出的“面向真实世界应用的实用化量子密钥分发”所面临的关键瓶颈。
中科大的这一突破成功破解了这一难题，有望应用于金融交易、政务通信、能源电力、数据中心、云计算等对通信安全和带宽要求较高的场景，进一步提升关键数据传输的安全水平。
实验室的突破只是第一步。如何在移动平台（如无人机、车辆）之间高效实现量子加密通信，同样是工程化的重要课题。我们的移动量子通信系统（XL50P、XL90P），基于高性能伺服系统及高精度光学跟瞄技术，可在移动平台搭载，支持固定点与移动平台、移动平台之间的量子信息传输，将实验室的QKD技术推向“动中通”场景。
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