量子安全實驗進一步接近一般電信網路
中國研究團隊展示了可耐受每秒42.5萬次雜訊計數的量子金鑰分配技術，並測試了量子通訊與傳統光通訊在150公里共用光纖上的傳輸。這項研究處理量子安全網路面臨的一項實際障礙：當脆弱的量子訊號遇上電信設備傳輸的強得多的光訊號時，如何讓量子訊號仍能使用。
目錄
這項研究由中國科學技術大學院士郭光燦領導，並與河南省量子資訊與量子密碼學重點實驗室、南京郵電大學合作。參與研究的學者包括韓正甫、陳巍、尹震強和王雙。
這篇刊登於美國物理學會《Physical Review Letters》的論文於2026年9月30日發表，介紹一套以2.5 GHz重複頻率運作的系統。論文指出，系統在每秒42.5萬次雜訊計數下仍能產生安全金鑰，耐受度比獨立系統高出四個數量級；在通道衰減30分貝的情況下，安全金鑰速率則達每秒數千位元等級。
這些數據衡量的是不同面向的效能。重複頻率描述系統運作的速度；雜訊計數代表不必要的偵測事件；安全金鑰速率則衡量處理後產生的可用秘密金鑰。理解這項實驗的成果，必須區分這些數據。
核心進展是結合稱為「優勢蒸餾」的方法、快速訊號編碼，以及小型半導體偵測器。研究人員不再只依賴屏蔽量子訊號、避免雜訊，也改變了處理含雜訊金鑰資料的方式。
保護的是什麼？
量子金鑰分配（QKD）讓兩方透過量子態建立共用的秘密金鑰，再以該金鑰支援加密通訊。這項實驗研究的是金鑰分配，而不是以系統2.5 GHz的運作頻率傳送一般訊息。
量子金鑰分配的優勢在於資訊理論安全性：在協定假設成立的前提下，保密性不取決於攻擊者是否無法解開某個困難的數學問題。量子訊號及金鑰生成過程中的檢查，能讓參與者評估是否可從測量結果中擷取秘密金鑰。
這項研究採用測量設備無關量子金鑰分配（MDI QKD）。其安全性不必仰賴對測量設備的信任。這點很重要，因為即使底層量子協定可靠，偵測器仍可能為實際部署帶來弱點。
這個名稱不代表可以忽略網路的每個部分，或將所有部分都視為安全。訊號準備及協定的其他假設仍然重要。這項技術的具體優勢，是在不必信任測量設備的情況下，仍能於嚴苛的光學環境中產生秘密金鑰。
背景光為何構成重大障礙
量子通訊使用極微弱的光訊號。傳統電信設備傳輸的訊號則強得多，並可能透過光纖中的非線性效應產生額外光線。這些不必要的光線可能造成偵測事件，卻不代表預期的量子資訊。
問題不只是連線雜訊較多。如果測量資料中的錯誤過多，或有用的關聯性不足，參與者便可能無法擷取安全金鑰。因此，系統即使能透過光學方式運作，也未必能產生可用的秘密金鑰。
自由空間連線也面臨類似挑戰，但來源不同。衛星連線及無人機等平台可能遭遇強烈的環境光，包括陽光。研究將這些環境列為提升雜訊耐受度的動機，但報告中的150公里共存實驗使用的是光纖。
濾光有助於排除不必要的光線，但效果有限。濾光器也可能丟棄有用訊號，並增加設備複雜度。研究團隊同時從實體層和資料處理層著手，結合低雜訊偵測，以及一種旨在從雜訊較多的測量紀錄中擷取秘密金鑰的方法。
優勢蒸餾如何改變計算方式
優勢蒸餾會將原始金鑰資料分組處理，以改善可用於產生秘密金鑰的關聯性。原始資料是參與者完成建立可用秘密金鑰所需的檢查和處理之前，最初產生的紀錄。
其原理是選擇性處理。這種方法不會把每個原始金鑰元素都視為同樣有用，而是利用各組資料中的關係，保留較適合產生秘密金鑰的資料。它無法讓任意雜訊變得無害，但能擴大可恢復有用保密性的條件範圍。
研究人員為該系統建立了優勢蒸餾的有限金鑰長度分析。這處理了一項重要的實務差異：實驗只能收集有限資料，但理想化計算可能假設資料量可以無限增加。安全性與效能必須納入有限資料所帶來的統計不確定性。
研究所稱的首創，是以優勢蒸餾為基礎實際實作MDI QKD，並以相關理論研究和實驗硬體提供支援；這並不表示優勢蒸餾本身是本研究首創。
硬體同樣重要，因為資料處理無法取代可用測量的必要性。快速平行編碼能高速提供量子訊號，小型半導體單光子偵測器則可支援低雜訊偵測，不必採用論文所述體積龐大、耗費資源的偵測設備。
效能數據實際代表什麼
系統每秒42.5萬次的雜訊門檻，相當於每秒42.5萬次雜訊計數。論文指出，在這樣的雜訊負載下，系統仍能產生安全金鑰。這是偵測計數率，不代表光功率，也不代表加密訊息的速度。
四個數量級代表一萬倍。因此，研究中的比較是指，相較於作為參考的獨立系統，雜訊耐受度大幅提升；不應將此解讀為相較於所有現有QKD設備的普遍效能比例。
論文指出，安全金鑰生成能力提升了兩個數量級，也就是100倍。這與雜訊耐受度提升一萬倍是不同的結果：前者描述產生安全金鑰的能力，後者描述系統可承受的雜訊量。
系統以2.5 GHz運作，代表每秒重複25億次。最終產生的安全金鑰量遠低於此數字，因為光學損耗、成功測量事件及安全性處理，都會決定最後能保留多少可用的秘密資訊。論文指出，在衰減30分貝的情況下，輸出速率達每秒數千位元等級，但摘要未提供確切速率。
30分貝損耗與150公里共用光纖
通道衰減30分貝代表光功率降低1,000倍；經過該損耗後，僅剩輸入功率的千分之一。在這種條件下仍能以每秒數千位元等級產生安全金鑰，顯示系統在訊號大幅衰減時仍能運作。
另一項共存展示，是將量子系統連接至中國聯通提供的既有光通訊設備。量子金鑰分配與傳統光通訊透過同一條光纖傳輸，距離達150公里，這個距離與城市之間的連線有關。
共用光纖是一項實務測試，因為量子網路不一定能仰賴專供微弱量子訊號使用的光路。共存傳輸讓系統必須面對傳統通訊所用的設備及較強光訊號。
已發表的摘要及實驗說明，列出了雜訊門檻、衰減條件下的金鑰速率，以及共用光纖傳輸距離。但這些資料並未證明最高雜訊負載、所述衰減指標和150公里傳輸，都是在完全相同的運作條件下同時達成。將其視為不同的報告指標，才能避免誇大成果。
發表日期與部署宣稱的限制
研究先刊於《Physical Review Letters》，之後才有報導介紹合作團隊及中國聯通參與的實驗。發表時序如下：
- 2026年9月30日：論文刊登於《Physical Review Letters》，報告這套2.5 GHz系統、每秒42.5萬次的雜訊耐受度，以及在通道衰減30分貝下產生安全金鑰的成果。
- 2026年10月9日：後續報導介紹參與機構，以及使用中國聯通設備進行的150公里共用光纖展示。
小型偵測器、高運作速度、對背景雜訊的耐受度，以及共用光纖傳輸等特點相結合，能一併因應多項實務需求。學術論文將這套系統定位為部署量子安全網路的解決方案，具備強大安全性、實用的金鑰輸出，以及抵禦環境雜訊的能力。
這項結論的範圍比證明可常態商用更廣。報告內容未提供設備成本、連續運作時間、維護需求或網路部署時程，也未證明已進行衛星或無人機示範。這些環境是研究動機，但具體的網路共存成果仍是光纖傳輸。
這項研究對實用量子通訊的影響
這些成果最重要的連結，在於研究計畫同時處理雜訊耐受度與相容既有基礎設施的問題。只能在隔離環境中運作的高速系統，與能和一般通訊設備共用光纖的系統，解決的是不同問題。
研究也顯示，單看運作頻率不足以衡量進展。實際價值取決於速度能否在納入損耗、不必要的偵測事件及有限資料處理後，轉化為安全金鑰。優勢蒸餾方法有助於將硬體的高速運作，轉化為含雜訊條件下的實用輸出。
150公里測試提供了具體案例，說明這些進展可能在哪裡發揮作用：利用共用光纖基礎設施進行城市間通訊。要進一步評估是否已具備部署條件，還需要這些成果未涵蓋的運作細節，包括持續效能與成本。研究未說明部署期限或後續測試日期。
重點整理
- 中國科學技術大學及合作夥伴以優勢蒸餾和小型半導體偵測器，展示了MDI QKD。
- 系統以2.5 GHz運作，並能在每秒42.5萬次雜訊計數下產生安全金鑰。
- 相較於指定的參考系統，雜訊耐受度提升四個數量級，相當於一萬倍。
- 論文指出，通道衰減30分貝時，安全金鑰速率仍達每秒數千位元等級。
- 另一項展示使用中國聯通的光通訊設備，在150公里共用光纖上傳輸。
- 研究成果未證明已常態商用、公布部署時程，或展示衛星連線。
