"引言：

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研究方面取得重要进展。该团队韩正甫、陈巍、银振强、王双等与哈尔滨工业大学李琼团队合作，突破了量子态制备和单光子探测技术在高速、高信噪比和集成度的相互制约难题，首次利用半导体单光子探测器，实现了超越超导探测系统的安全密钥率纪录，验证了实现高性能实用化量子密钥分发设备的重要技术路径。

该项研究工作中，星秒科技的高分辨时间相关单光子计数系统MT16作为核心光子计数后端设备，为该项突破性研究中承担了核心数据采集和分析工作，提供了关键技术支撑。该项研究成果以“High-rate quantum key distribution with compact state preparation and detection”为题，4月30日在线发表在顶级期刊PNAS（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）上。"

PART 01 研究概述

图1.高速率实用化量子密钥分发示意图

量子密钥分发通过将密钥编码在量子态中实现安全共享，是一种具备信息论安全的保密通信手段。实现高密钥率并兼顾实际部署能力，是其走向应用的关键。近年来，在高性能超导探测系统的支持下，量子密钥分发的安全密钥率显著提升。随着应用需求的增加，系统复杂度和部署条件也成为需要考虑的重要因素。《自然》杂志近期指出：“面向真实世界应用的实用化量子密钥分发通常依赖昂贵且高度复杂的定制化实验室设备，这对大多数现代协议而言尤其具有挑战性”（Developments towards real-world, practical quantum key distribution typically require expensive, highly sophisticated, bespoke laboratory equipment, which is particularly challenging for most modern protocols, Nature 640, 911–917 (2025)）。因此，在保持高密钥率的同时减少对极低温超导系统的依赖并降低系统复杂度，成为推动量子密钥分发进一步发展的关键问题。

韩正甫课题组多年来围绕这一问题展开深入研究，分别提出了多路径马赫-曾德尔量子态制备方法（npj Quant. Inf. 7, 75 (2021)）、单光子探测器建模优化方法（Phys. Rev. Appl. 13, 054027 (2020)、Phys. Rev. A 106, 062607(2022)）并研制了2.5GHz高速半导体探测器（Adv. Devices Instrum. 4, 0020 (2023)）。这些工作为高速率实用化量子密钥分发研究奠定了良好的基础。

PART 02 研究内容

图2.高速率实用化量子密钥分发系统框图

在本研究中，研究团队构建了一种兼具高性能与可部署性的量子密钥分发系统。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，系统在无需低温制冷等复杂条件下实现稳定运行，并在10公里和100公里光纤链路上分别实现了60.33 Mbps和3.08 Mbps的安全密钥率纪录，达到了国际领先水平，为高带宽需求下的量子通信规模化部署奠定基础。

图3.实用化量子密钥分发研究论文图

在这项突破性研究中，星秒科技的MT16高分辨时间相关单光子计数系统（TCSPC）发挥了关键的核心作用，全程支撑实验数据采集工作。作为高精度时间测量设备，MT16 具备低至1ps的时间分辨率，可精确记录单光子到达探测器的时间信息，皮秒级精度确保了密钥的安全性与可靠性。死时间降低至2ns，及支持高达500Mcps的瞬时饱和计数率，为超高密钥率提供了数据采集保障，星秒MT16 采用高集成度模块化设计，便于与其他实验设备无缝集成。其环境适应性与长期稳定性，完美匹配了实验的严苛需求。

高精度 高带宽 多模式

［高分辨时间相关单光子计数系统］ 星秒科技 MT16

图4.研究工作中使用的TCSPC（星秒科技MT16）

MT16是星秒科技的高精度时间相关单光子计数系统。凭借自身高精度、高带宽的特性，使得MT16成为高分辨量子光学、荧光寿命和激光雷达成像等应用的绝佳选择。

此次中国科大团队的研究成果，不仅验证了高性能实用化量子密钥分发设备的重要技术路径，更标志着在量子通信领域已具备从基础研究到工程化应用的全链条创新能力。星秒科技MT16国产化高端仪器的成熟应用，也为我国量子信息科学研究提供了自主可控的技术装备支撑，助力提升国产精密测量设备在相关领域的应用水平。

PART 03 结论

量子通信作为国家战略性前沿技术，其规模化应用将深刻改变各类关键领域的信息安全格局。中国科大团队的量子密钥分发系统开发提供了成功范例，为构建 “量子互联网” 奠定坚实基础。这项研究成果发表于国际学术期刊，引发全球量子通信领域广泛关注。

星秒科技也将持续深耕高精度时间测量技术，为更多前沿科学研究与产业应用提供核心设备支持，助力量子信息等前沿领域的稳步发展。

论文链接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521590123

END