Twin-field quantum key distribution can overcome the secret key capacity of repeaterless quantum key distribution via single-photon interference. However, to compensate for the channel fluctuations and lock the laser fluctuations, the techniques of phase tracking and phase locking are indispensable in experiment, which drastically increase experimental complexity and hinder free-space realization. Inspired by the duality in entanglement, we herein present an asynchronous measurement-device-independent quantum key distribution protocol that can surpass the secret key capacity even without phase tracking and phase locking. Leveraging the concept of time multiplexing, asynchronous two-photon Bell-state measurement is realized by postmatching two interference detection events. For a 1 GHz system, the new protocol reaches a transmission distance of 450 km without phase tracking. After further removing phase locking, our protocol is still capable of breaking the capacity at 270 km. Intriguingly, when using the same experimental techniques, our protocol has a higher key rate than the phase-matching-type twin-field protocol. In the presence of imperfect intensity modulation, it also has a significant advantage in terms of the transmission distance over the sending-or-not-sending type twin-field protocol. With high key rates and accessible technology, our work provides a promising candidate for practical scalable quantum communication networks.


翻译:双野量子钥匙分配可以克服中继器无量子键通过单个磷干扰分配的秘密关键能力。然而,为了补偿频道波动和锁定激光波动,阶段跟踪和阶段锁定技术在实验中是不可或缺的,因为实验大大增加了实验的复杂性,妨碍了自由空间的实现。由于纠缠的双重性,我们在此展示了一个无同步的测量装置独立量子键分配协议,即使不进行阶段跟踪和逐步锁定,也能够超过秘密关键能力。利用时间多重氧化概念,通过对两次干扰探测事件进行后配对,实现了无同步的两波贝尔州测量。对于一个GHz系统,新的协议达到450公里的传输距离而没有阶段跟踪。在进一步去除阶段锁定之后,我们的协议仍然能够打破270公里的容量。在使用同样的实验技术时,我们的协议的关键速度比相配型双场协议要高。在不完善的强度调制中,它也具有巨大的优势,在高可访问的传输速度的轨道上,并且提供高可访问的连接的传输速度。

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