Chin. Opt. Lett. 封面 | 高损耗信道的时域鬼成像信息加密传输

Chinese Optics Letters 2026年第7期On the Cover:

封面解读

封面展示了时间鬼成像的双路符合探测框架。时序随机光源被分为两路：一路用于采集光源原始的时序涨落信息；另一路为信号光路，经高损耗信道传输，光子先经过“鬼”目标完成时序调制后再进行单光子探测。目标前方的蓝色发光点体现了单光子的波粒二象性，目标后方弥散的蓝色光点则代表光子被测量时发生的波函数坍缩。两处半透明的目标虚影阐释了时间鬼成像的核心原理：时序目标无法直接被探测，仅能通过两路信号的互相关运算实现间接重构。渐变流体状背景模拟信道噪声，用以体现时间鬼成像在高衰减环境下的光通信应用中所具备的优势。

链接：Juan Wu, Xiao-Hai Zhan, Fang-Xiang Wang, Zhen-Qiu Zhong, Shuang Wang, Wei Chen, De-Yong He, Zhen-Qiang Yin, Zheng-Fu Han, "Optical information encryption using general temporal ghost imaging with practical experimental conditions," Chin. Opt. Lett. 24, 071102 (2026)

光信息加密是保密通信的核心技术之一，但信道噪声、色散和时序抖动极易破坏数据完整性。基于鬼成像的加密方案依靠双路符合探测，天然具有物理层安全优势。若测试光路选用无时域分辨能力的低强度分辨率探测器，虽约束通信带宽，却能大幅压缩硬件开销，提升实用化水平。然而，此类低速探测器对多比特传输的影响长期缺乏系统实验验证与定量评价。

近年来，时域鬼成像加密研究不断发展，但现有工作多集中于理论仿真，缺少在测试光路强干扰条件下二元探测多比特传输特性的实验验证，以及差分算法在低占空比信号下的效果评估。

针对上述问题，安徽理工大学伍娟与中国科学技术大学王纺翔等人合作，实现了“量子—经典”时域鬼成像光学信息加密传输方案，并系统量化了低速探测器的分辨率、阈值和强度噪声对多比特信息传输与解码性能的影响。相关成果以“Juan Wu, Xiao-Hai Zhan, Fang-Xiang Wang, et al., Optical information encryption using general temporal ghost imaging with practical experimental conditions”为题，发表在Chinese Optics Letters 2026年24卷第7期上，并被选为当期封面。

研究团队搭建的量子与经典时域鬼成像加密实验平台如图1所示。量子系统以周期极化铌酸锂波导产生纠缠光子对，参考支路由超导探测器采集时间信息；经典系统采用放大自发辐射光源，参考支路配备高速探测器；测试支路均使用无时间分辨能力的低速探测器。实验中系统考察了光纤色散与时序抖动，可控调节探测器的强度分辨等级（最低至二值）与判决阈值，并引入不同强度光、电噪声。结果表明：当噪声强度低于信号20%、时序抖动≤60 ps时，系统可实现无误码传输；在低占空比信号下，差分重构算法对量子系统几乎无增益，仅对经典系统有微弱优化。上述结果充分验证了低速探测器应用于时域鬼成像加密的可行性。

图1 量子和经典时域鬼成像信号重建与加密传输系统

该研究证明，时域鬼成像加密传输系统对探测器时间分辨率与强度分辨率的变化具有极高容错能力，突破了传统方案对高分辨率探测器的依赖。该系统仅依靠二值强度探测即可在典型噪声环境下稳定工作，为低成本、低复杂度的保密光通信提供了全新途径。未来通过结合薄膜铌酸锂等集成光子技术，有望实现芯片化的安全通信系统。

王纺翔，中国科学技术大学物理学院副研究员、中国密码学会量子密码专业委员会委员兼秘书，主要从事高性能光场调控和大规模量子网络研究，发展了时域鬼成像表征量子设备和感知量子攻击的方法，提出集成光频梳量子网络架构并突破了测量设备无关量子网络的大规模扩展难题。先后承担国家基金委青年和面上项目、国家高技术项目等，在Nature Communications、Science Advances、Laser & Photonics Reviews、Chinese Optics Letters、Optica Quantum 等期刊发表学术论文30余篇。

伍娟，安徽理工大学，副教授，主要从事光学成像、量子感知与量子设备表征等相关领域的研究工作。先后主持国家基金委青年项目、省重点项目，参与国家高技术项目等，在Physics Review Applied、Optics Letters 等期刊发表学术论文10余篇，申请发明专利3项。