南京大學物理學院馬小松、祝世寧團隊實現多用戶的量子會議密鑰分發(fā)

　　【儀表網 研發(fā)快訊】傳統(tǒng)的量子密鑰分發(fā)協議能夠為兩用戶提供安全密鑰，量子會議密鑰分發(fā)協議則在此基礎之上將更多用戶納入量子通信網絡，并能使參與通信的用戶安全地共享相同的密鑰。在未來的量子網絡構想中，量子會議密鑰分發(fā)是重要的組成部分。近日，南京大學馬小松、祝世寧團隊在實驗上實現了基于四強度誘騙態(tài)方法的測量設備無關量子會議密鑰分發(fā)網絡。該工作推進了對多用戶量子保密通信網絡的研究，為未來實現長距離，多用戶，可擴展的實用化量子通信網絡奠定了基礎。
 

　　量子會議密鑰分發(fā)協議需要在參與通信的用戶間建立多方量子關聯以保證安全性。相比直接制備并分發(fā)多光子糾纏態(tài)的協議，基于糾纏態(tài)投影測量和后選擇的測量設備無關協議能夠免疫所有針對探測端的攻擊，因而具有更高的安全性與實用性。該協議于2015年首次由陳增兵教授團隊提出(Phys. Rev. Lett. 114, 090501)，但由于諸多實驗技術上的難點，其一直未能在實驗上實現。
 

圖1：實驗裝置示意圖
 

　　為了實現測量設備無關量子會議密鑰分發(fā)協議，研究團隊一方面在理論上將原始的三強度誘騙態(tài)協議改進為了四強度誘騙態(tài)協議。在發(fā)送脈沖數有限且符合計數率較低的情況下，新的四強度誘騙態(tài)協議的安全密鑰率相較原協議有明顯提升，同時通信距離也有顯著增加。另一方面，研究團隊在理論上研究并在實驗上實現了弱相干光脈沖GHZ態(tài)投影測量中的多光子干涉現象。研究團隊搭建了三用戶通信網絡，并最終分別在系統(tǒng)整體損耗約為14.1dB，17.8dB和21.5dB的情況下獲得了約7.54bps，1.17bps和0.097bps的會議密鑰率。近期，南方科技大學團隊完成了相關工作(Phys. Rev. Lett. 133, 210803)，與本工作一起推進實用化、多用戶量子網絡的發(fā)展。
 

圖2：會議密鑰成碼結果
 

　　相關研究工作近期以“Experimental measurement-device-independent quantum cryptographic conferencing” 為題發(fā)表在國際學術期刊Physical Review Letters上。南京大學物理學院博士研究生杜一峰為文章第一作者，劉昱鳳同學、楊承東同學、鄭曉冬同學對本文亦有重要貢獻。南京大學物理學院馬小松教授為該文章的通訊作者。南京大學祝世寧院士對該工作進行深入指導。這項工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、江蘇省自然科學基金前沿技術計劃、中央高?；A研究基金和量子科學技術創(chuàng)新計劃等基金項目的資助。同時這項工作得到了南京大學物理學院、固體微結構國家重點實驗室、人工微結構科學與技術協同創(chuàng)新中心、江蘇省物理研究中心、中國科學技術大學量子信息和量子物理協同創(chuàng)新中心和合肥國家實驗室的支持。