Experimental Quantum Communication Overcomes the Rate-Loss Limit without Global Phase Tracking

量子密钥分配 计算机科学 量子信息科学 占空比 量子密码学 量子 加密 安全通信 量子纠缠 电信 物理 量子信息 计算机网络 量子力学 功率(物理)
作者
Lai Zhou,Jian Lin,Yuan-Mei Xie,Yu-Shuo Lu,Yumang Jing,Hua-Lei Yin,Yuan Zhong
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:130 (25) 被引量:8
标识
DOI:10.1103/physrevlett.130.250801
摘要

Secure key rate (SKR) of point-point quantum key distribution (QKD) is fundamentally bounded by the rate-loss limit. Recent breakthrough of twin-field (TF) QKD can overcome this limit and enables long distance quantum communication, but its implementation necessitates complex global phase tracking and requires strong phase references that not only add to noise but also reduce the duty cycle for quantum transmission. Here, we resolve these shortcomings, and importantly achieve even higher SKRs than TF-QKD, via implementing an innovative but simpler measurement-device-independent QKD that realizes repeaterlike communication through asynchronous coincidence pairing. Over 413 and 508 km optical fibers, we achieve finite-size SKRs of 590.61 and 42.64 bit/s, which are respectively 1.80 and 4.08 times of their corresponding absolute rate limits. Significantly, the SKR at 306 km exceeds 5 kbit/s and meets the bitrate requirement for live one-time-pad encryption of voice communication. Our work will bring forward economical and efficient intercity quantum-secure networks.Received 28 November 2022Accepted 21 March 2023DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.130.250801© 2023 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasQuantum communicationQuantum cryptographyQuantum networksQuantum protocolsQuantum InformationAtomic, Molecular & Optical
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