湍流信道中高维量子通信的快速自适应光学

量子密钥分发（QKD）提供了一种可证明安全的两方信息传输方法。自由空间 QKD 允许在远距离及无法部署光纤通信的场合（如地面—卫星）发送信息。自由空间链路的主要限制因素是大气湍流的影响，其可导致 QKD 信道中显著的误码率与损耗增加。在此，我们采用高速自适应光学（AO）系统，对用于湍流信道中高维 QKD 的空间模式波前畸变进行实时校正。首先，我们展示了 AO 系统在提升经湍流传播的高斯模式耦合效率方面的有效性。通过过程层析，我们表明系统能显著减小信道中空间模式的串扰。最后，我们展示采用 AO 降低了基于高维轨道角动量的 QKD 协议的量子dit误码率，从而在原本不可能安全通信的信道中实现安全通信。这些结果对建立远距离自由空间 QKD 系统颇具前景。