在光纤中数百万光子中脱颖而出是很困难的——特别是当你是单个光子的时候。正因如此，将信号编码成一系列单个光子的超安全量子加密系统迄今未能搭载在现有的电信线路上。但现在，物理学家使用一种探测微弱光信号的技术，在90公里嘈杂的光纤中传输了一个量子密钥。这一壮举可能会使量子密码学最终进入主流应用。
你不能在不明显扰动的情况下测量量子系统。这意味着两个人可以将加密密钥——例如用于银行转账——编码成一系列光子并安全地共享，任何窃听者都会触发系统的警报。但是，此类系统一直无法在电信线路上传输密钥，因为其他数据流量会淹没编码信号。因此，量子密码学仅具有小众应用，例如使用昂贵的“暗”光纤将办公室连接到附近的备份站点，而这些光纤不承载其他信号。“这确实是量子密码学的瓶颈，”瑞士日内瓦量子密码公司ID Quantique的科学顾问、物理学家尼古拉斯·吉辛说。
物理学家试图通过在一种特征波长的“量子通道”上通过共享光纤发送光子来解决这个问题。问题在于，光纤会将正常数据流量中的光散射到该波长中，从而用杂散光子污染量子通道。英国东芝剑桥研究实验室的物理学家安德鲁·希尔兹和他的同事现在开发了一种探测器，该探测器仅当光子在精确的瞬间击中它时才从该通道中选出光子，该瞬间是根据编码光子发送的时间计算出来的。该团队在《物理评论X》上发表了其结果。
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恰逢其时
希尔兹解释说，设计一个具有如此精确时间焦点的探测器是困难的。标准探测器使用半导体器件，当单个光子击中时，会产生雪崩式的电荷。但是，雪崩通常需要超过一纳秒（10-9秒）才能增长到足够大，以在探测器的内部电气噪声中脱颖而出——远长于从人群中过滤单个光子所需的100皮秒（10-10秒）的窄窗口。
该团队的“自微分”探测器每纳秒激活100皮秒。在这种短间隔内由光子撞击触发的微弱电荷通常不会突出显示，但探测器会测量一个操作周期内记录的信号与前一个周期（当不太可能检测到匹配光子时）的信号之间的差异。这会消除背景噪声。使用该设备，该团队已在90公里长的光纤中传输了一个量子密钥，该光纤还在两个方向上以每秒10亿比特的速度传输了嘈杂的数据——这是电信光纤的典型速率。该团队现在打算在真正的电信线路上测试该技术。
吉辛的团队独立开发了一种具有类似时间窗口的光子探测器，他们在9月份在新加坡量子技术中心的QCrypt 2012会议上展示了该探测器。然而，吉辛计算出这种技术不能用于传输超过100公里的大城市的量子信号。散射会随着距离的增加而累积，因此最终会有太多的杂散光子，即使使用精确计时的探测器也无法将其滤除。
尽管如此，马德里理工大学的物理学家维森特·马丁说，90公里是“一个世界纪录，是在展示量子密码学在现实世界电信基础设施中的适用性方面迈出的一大步”。