一个已有200年历史的光学小把戏，竟让量子加密焕然一新

本研究由华沙大学物理学院量子光子学实验室Michał Karpiński博士团队开展，聚焦于提升量子密钥分发（QKD）的效率与实用性。传统QKD多使用二维量子比特（qubit），每次测量仅得0或1两种结果；而高维编码可让单个光子承载更多状态（如4种不同时间相位组合），从而提高信息传输效率。研究团队创新性地将经典的塔尔博特效应（1836年发现）引入量子通信——当一列规则光脉冲在色散介质（如光纤）中传播时，其时间波形会周期性‘自我重建’，类似空间中的衍射光栅成像。借助这一时空类比原理，他们用简单脉冲序列替代复杂干涉仪网络，使单光子的时间叠加态（如早/晚/更晚等多个时间箱的相干叠加）能被高效识别。实验系统完全采用商用器件搭建，仅需一个单光子探测器即可分辨2维至4维编码，大幅降低设备成本与调试难度，也避免了传统多干涉仪方案中因光路分裂导致的信号损耗和必须精密温控/校准的问题。尽管测量误码率略高，但理论合作证实该方案仍满足QKD安全要求；进一步通过接收端结构改良（增加数据采集维度），已弥补原有安全模型缺陷，相关严格安全性证明已发表于《Physical Review Applied》。该系统已在实验室及华沙大学数公里现网光纤上成功运行，验证了高维编码的实际可行性。项目依托欧盟QuantERA量子技术计划及波兰国家科学中心（NCN）支持，并利用该校光子学与量子技术国家实验室（NLPQT）平台完成。