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我科學家首次提出新型遠程量子密鑰分發協議

發布日期: 2019-10-04 信息來源:欧宝体育

    記(ji)者從中(zhong)國科大獲悉,該(gai)校郭光(guang)燦院(yuan)士團隊首先在(zai)(zai)理論上提出(chu)了免相位后(hou)選擇(ze)的孿生場量(liang)子密鑰分發(fa)(QKD)協(xie)議,為無中(zhong)繼長距離(li)城際量(liang)子密鑰分配網絡(luo)建(jian)設邁出(chu)了關鍵的一步。該(gai)工作(zuo)的理論和(he)實(shi)驗成果日(ri)前分別發(fa)表在(zai)(zai)權威期刊《物理應用評論》和(he)《物理評論X》上。

  QKD使得無條件安(an)全的(de)保(bao)密(mi)(mi)通信成(cheng)為可能。然而,實際QKD系(xi)(xi)統受信道(dao)(dao)損耗(hao)的(de)制(zhi)約(yue),其(qi)密(mi)(mi)鑰(yao)生(sheng)成(cheng)率(lv)(lv)隨著(zhu)信道(dao)(dao)長度的(de)增加而顯著(zhu)降(jiang)低(di)。量子(zi)密(mi)(mi)碼(ma)理論學(xue)(xue)家們證明(ming),密(mi)(mi)鑰(yao)生(sheng)成(cheng)率(lv)(lv)隨著(zhu)信道(dao)(dao)傳輸效(xiao)率(lv)(lv)的(de)下(xia)降(jiang)線性減小(xiao)。2018年英國科學(xue)(xue)家提出了孿生(sheng)場(TF)QKD協議(yi),基(ji)于(yu)該協議(yi)利用單光(guang)子(zi)響應(ying)就(jiu)可以產生(sheng)密(mi)(mi)鑰(yao),其(qi)密(mi)(mi)鑰(yao)生(sheng)成(cheng)率(lv)(lv)隨著(zhu)信道(dao)(dao)效(xiao)率(lv)(lv)平(ping)方根下(xia)降(jiang)而減小(xiao),在長距離信道(dao)(dao)情況下(xia)其(qi)密(mi)(mi)鑰(yao)生(sheng)成(cheng)率(lv)(lv)有顯著(zhu)優勢。但由于(yu)其(qi)編(bian)碼(ma)模式必須進行相(xiang)位隨機化和后選擇,顯著(zhu)降(jiang)低(di)了系(xi)(xi)統密(mi)(mi)鑰(yao)率(lv)(lv),增加了實現的(de)復雜程度。

  經過深入研究,郭光(guang)燦院士團隊提(ti)(ti)出(chu)了(le)(le)(le)一種新(xin)型TF-QKD協(xie)議(yi)(yi),并給出(chu)了(le)(le)(le)完(wan)備的(de)安全性(xing)證(zheng)明。新(xin)協(xie)議(yi)(yi)的(de)編碼(ma)模式不需要進行相(xiang)位(wei)隨機化(hua)和(he)后(hou)選擇,在(zai)顯著提(ti)(ti)升協(xie)議(yi)(yi)效率的(de)同(tong)時還降低(di)了(le)(le)(le)實現的(de)復雜度,并且可以在(zai)更短的(de)信道距離下(xia)突破線(xian)(xian)性(xing)界(jie),密鑰(yao)(yao)生成率得以顯著提(ti)(ti)高。科研人員首(shou)先在(zai)基(ji)于光(guang)學鎖相(xiang)環和(he)反(fan)饋控(kong)制方案(an)上取得突破,實現了(le)(le)(le)兩臺獨立激(ji)光(guang)器之間(jian)的(de)穩定一階(jie)干涉(she),解決了(le)(le)(le)相(xiang)干光(guang)場制備的(de)技(ji)(ji)術難(nan)題。接著,他們又設計并實現了(le)(le)(le)遠程光(guang)纖信道快速(su)相(xiang)位(wei)補償控(kong)制技(ji)(ji)術,得到(dao)了(le)(le)(le)臂(bei)長150公(gong)里(li)的(de)一階(jie)光(guang)學干涉(she)。最終(zhong),研究組在(zai)300公(gong)里(li)光(guang)纖信道上實現了(le)(le)(le)TF-QKD原理驗證(zheng)系統(tong),其(qi)密鑰(yao)(yao)生成率達到(dao)了(le)(le)(le)2kbps,突破了(le)(le)(le)線(xian)(xian)性(xing)界(jie)。這一密鑰(yao)(yao)率約(yue)為(wei)線(xian)(xian)性(xing)界(jie)的(de)3倍。

  該(gai)成果驗證了在(zai)無(wu)中繼條(tiao)件(jian)下,遠距(ju)離、跨(kua)城際高密鑰率傳輸(shu)和組網的(de)可行性,在(zai)量子中繼短期難以實用的(de)情況下,可望在(zai)大范圍(wei)、遠距(ju)離量子保密通信網絡應用方面取得(de)突破(po)。記(ji)者吳長鋒 

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