原标题：中国科大量子通信领域重要进展：首次在自由空间信道实现测量设备无关量子密钥分发实验

中国科学技术大学在量子通信领域取得了重要进展，首次在自由空间信道实现了测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）实验。以下是对这一进展的详细归纳与分析：

一、实验背景与意义

• 背景：量子密钥分发（QKD）是一种利用量子力学原理保证通信安全的技术。MDI-QKD协议作为QKD的一种，利用双光子干涉技术消除了探测端的所有安全漏洞，无需对测量端的量子设备进行任何安全性假设，被认为是各种量子密钥分发协议中的最佳候选协议之一。然而，MDI-QKD在自由空间信道中的实现一直面临大气湍流等挑战。

• 意义：此次实验不仅实现了MDI-QKD从光纤信道到自由空间信道的突破，还开启了在自由空间信道中实现基于远距离量子干涉的更复杂的量子信息处理任务的可能。这对于构建覆盖全球的量子通信网络具有重要意义。

二、实验团队与成果

• 实验团队：中国科学技术大学的潘建伟教授及其同事彭承志、张强等，与清华大学王向斌教授、中科院上海微系统所尤立星等人合作完成了此次实验。

• 成果：相关成果于2020年12月23日以编辑推荐的形式在线发表在《物理评论快报》上。实验在上海城市大气信道中实现了两个信道长度分别为7.7km和11.5km的MDI-QKD，通信双方Alice和Bob间距离为19.2km，该距离远远超过了地球大气的等效厚度。

三、实验技术难点与解决方案

• 技术难点：

1. 自由空间信道的大气湍流破坏了空间模式，导致干涉测量前的耦合效率低下。

2. 光强的快速涨落使得光纤MDI-QKD系统中的时钟传递、光频比对方法难以直接应用于自由空间信道中。

• 解决方案：

1. 开发了一种基于随机梯度下降算法的具有抵抗强湍流能力的自适应光学系统，使双链路总信道效率提升约4~10倍。

2. 在三个实验点分别使用了超稳晶振作为独立时钟源，并通过测量脉冲到达时间实时反馈，得到32ps的独立时钟同步精度。在两个编码端分别使用HCN分子吸收池校准光频，使得干涉光的频率差小于10MHz，从而实现了远距离独立激光器之间的锁频。

四、实验影响与展望

• 影响：此次实验的成功不仅验证了MDI-QKD在自由空间信道中的可行性，还为基于卫星的MDI-QKD迈出了坚实一步。同时，该实验发展的相关技术为在自由空间进行量子干涉的相关量子实验开辟了道路，如量子中继器、量子网络等。

• 展望：未来，随着量子通信技术的不断发展，基于卫星平台和地面光纤网相结合的量子通信网络将成为构建覆盖全球量子通信网络最为可行的手段。此次实验的成功为这一目标的实现提供了重要支持。

综上所述，中国科学技术大学在量子通信领域取得的这一重要进展，不仅实现了MDI-QKD从光纤信道到自由空间信道的突破，还为未来的量子通信网络建设奠定了坚实基础。