【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)在量子密鑰分發(fā)研究中取得重要進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)韓正甫、王雙、銀振強(qiáng)、陳巍與合作者提出了一種無需主動(dòng)調(diào)制的新型量子密鑰分發(fā)實(shí)現(xiàn)方案并完成了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為實(shí)現(xiàn)高現(xiàn)實(shí)安全的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)提供了新思路。該成果于2023年9月13日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《Physical Review Letters》[Phys. Rev. Lett. 131, 110802 (2023)]。
量子密鑰分發(fā)理論上可以實(shí)現(xiàn)無條件安全的密鑰共享。但器件特性、調(diào)制精度、環(huán)境干擾等因素有可能造成系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)安全性問題。例如，郭光燦團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)中廣泛使用的鈮酸鋰主動(dòng)調(diào)制器件，可能會(huì)受到光折變等側(cè)信道攻擊而泄漏信息[Optica, 10, 520-527(2023)][Phys. Rev. Applied, 19,054052(2023)]。
為徹底解決主動(dòng)調(diào)制帶來的隱患，郭光燦團(tuán)隊(duì)與合作者另辟蹊徑，設(shè)計(jì)了無需主動(dòng)調(diào)制的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)。該系統(tǒng)方案克服了此前無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)“被動(dòng)”光強(qiáng)調(diào)制和量子態(tài)編碼的矛盾，并給出了考慮“有限長效應(yīng)”的嚴(yán)格安全密鑰率。團(tuán)隊(duì)通過全被動(dòng)時(shí)間戳-相位編碼解決信道環(huán)境干擾的難題，同時(shí)通過優(yōu)化后選擇策略解決數(shù)據(jù)吞吐量過大的難題，最終完成了無需任何主動(dòng)調(diào)制的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)，驗(yàn)證了全被動(dòng)量子密鑰分發(fā)的安全性與可行性。
圖1 全被動(dòng)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)
安全性是量子密鑰分發(fā)的核心價(jià)值和要求。探索具有更高現(xiàn)實(shí)安全性的協(xié)議，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的方案和系統(tǒng)，是推進(jìn)量子密鑰分發(fā)走向?qū)嵱没年P(guān)鍵之一。該研究為實(shí)現(xiàn)高現(xiàn)實(shí)安全的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)提供了全新的思路，對(duì)推動(dòng)該領(lǐng)域的實(shí)用化和標(biāo)準(zhǔn)化具有重要意義。
本工作第一作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士后盧奉宇、博士生王澤浩和西班牙維戈大學(xué)的博士后Víctor Zapatero，通訊作者為中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的王雙教授和銀振強(qiáng)教授。本研究工作得到了科技部、國家自然科學(xué)基金委、中國博士后科學(xué)基金會(huì)、中國科學(xué)院和安徽省的資助。(中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、物理學(xué)院、中科院量子信息和量子科技創(chuàng)新研究院、科研部)
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