我國學者實現(xiàn)誤差容忍高安全量子密鑰分發(fā)

  ICC訊 近日，記者從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校郭光燦院士團隊提出了兼具高穩(wěn)定性和高安全性的誤差容忍測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，并從安全性分析和實驗驗證兩方面證實了該協(xié)議對源端非理想特性具有極強的容忍能力。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表在國際學術(shù)期刊《光學》上。

  測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)，可以免疫所有針對探測端的潛在攻擊行為，是新一代量子密鑰分發(fā)技術(shù)的典型協(xié)議。然而，其依然保留了對源端的諸多安全性假設(shè)，例如量子態(tài)調(diào)制中的誤差和噪聲就會違背這些安全性假設(shè)，不僅會顯著降低量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的性能，還會給潛在竊聽者帶去可乘之機。

  研究人員通過將源端常見的非理想特性納入安全性證明框架中，提出了兼具高穩(wěn)定性和高安全性的測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議——誤差容忍測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議。該協(xié)議在免除了對探測端所有安全假設(shè)的同時，還免除了源端的“單光子態(tài)不可區(qū)分假設(shè)”和“純態(tài)假設(shè)”。由于免除了這兩條假設(shè)，測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議對量子態(tài)調(diào)制中的信號畸變和噪聲具有極強的容忍能力。經(jīng)過嚴格的安全性分析，證明了這些源端設(shè)備的非理想特性不會破壞測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議的安全性，也不會降低系統(tǒng)的安全密鑰生成速率，因此誤差容忍協(xié)議兼具高安全和高穩(wěn)定兩大特性。

  研究人員還進一步搭建測量設(shè)備無關(guān)系統(tǒng)，對提出的誤差容忍協(xié)議進行實驗驗證。首先，通過自主設(shè)計的Sagnac-AMZI編碼器和四強度誘騙態(tài)調(diào)制裝置，實現(xiàn)了原始測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議，并通過該系統(tǒng)觀察測量調(diào)制信號具有不同誤差時原始協(xié)議性能的變化。隨后，研究人員使用同一系統(tǒng)執(zhí)行誤差容忍測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議，在不對選基信號進行預(yù)先校準的情況下實現(xiàn)了幾乎恒定速率的安全密鑰分發(fā)。

  這項成果極大地推進了測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)技術(shù)的實用化進程，也為量子密鑰分發(fā)技術(shù)真正走向無條件安全奠定了理論和實驗基礎(chǔ)。