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中國科大首次實現設備無關量子密鑰分發
2022-08-01 科技日報

  7月31日,記者從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉及其同事張強、徐飛虎等,通過發展設備無關理論協議和構建高效率的光學量子糾纏系統,首次在國際上實驗實現了設備無關量子密鑰分發(DI-QKD)的原理性演示,相關研究成果以編輯推薦的形式在線發表于最新一期的《物理評論快報》上。

  量子密鑰分發(QKD)相比于傳統通信協議,可以確保原理上無條件安全通信。然而在現實條件下,設備可能存在著某些不完美的特性。這些特性往往會為攻擊者提供威脅系統安全的側信道,造成現實條件下的潛在安全隱患。目前的主要解決方案是對設備進行檢測并制定相關標準,從而確保其在現實條件下的安全性。

  設備無關量子密鑰分發(DI-QKD)基于無漏洞量子力學基礎檢驗,提供了一套全新的不依賴于設備具體功能和特性的安全成碼方案。基于該協議,不需要對設備進行任何標定,通過貝爾不等式的違背便可以保證QKD的現實安全性,一直受到國內外學術界的高度重視和廣泛關注。

  然而,DI-QKD的實現十分困難。為了實現這一目標,潘建偉團隊分別從理論和實驗兩方面進行探索。理論方面,他們提出原創的隨機后選擇DI-QKD理論方案。實驗方面,他們利用自發參量下轉換的原理,通過優化空間光路的參數搭建了高效率的光學糾纏源,并結合高效率的單光子探測器,使系統效率達到87.5%,超過了以往所有報道的相關光學實驗。

  在此基礎上,潘建偉團隊首次實現了基于全光學系統的DI-QKD原理演示,成碼率達到466bps(比特每秒),并且驗證了該系統在光纖長度達到220米時仍然可以產生安全的量子密鑰。

  這項工作對于揭示量子力學基礎檢驗和量子信息處理之間內在的深刻聯系,發展安全的密鑰分發、構建未來的量子網絡均具有重要的意義。

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