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科技日報(bào)記者 吳長鋒
31日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉及其同事張強(qiáng)、徐飛虎等，通過發(fā)展設(shè)備無關(guān)理論協(xié)議和構(gòu)建高效率的光學(xué)量子糾纏系統(tǒng)，首次在國際上實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）的原理性演示，相關(guān)研究成果以編輯推薦的形式在線發(fā)表于最新一期的《物理評論快報(bào)》上。
量子密鑰分發(fā)（QKD）相比于傳統(tǒng)通信協(xié)議，可以確保原理上無條件安全通信。然而在現(xiàn)實(shí)條件下，設(shè)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(tǒng)安全的側(cè)信道，造成現(xiàn)實(shí)條件下的潛在安全隱患。目前的主要解決方案是對設(shè)備進(jìn)行檢測并制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而確保其在現(xiàn)實(shí)條件下的安全性。
設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)（DI-QKD）基于無漏洞量子力學(xué)基礎(chǔ)檢驗(yàn)，提供了一套全新的不依賴于設(shè)備具體功能和特性的安全成碼方案。基于該協(xié)議，不需要對設(shè)備進(jìn)行任何標(biāo)定，通過貝爾不等式的違背便可以保證QKD的現(xiàn)實(shí)安全性，一直受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界的高度重視和廣泛關(guān)注。
然而，DI-QKD的實(shí)現(xiàn)十分困難。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，潘建偉團(tuán)隊(duì)分別從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面進(jìn)行探索。理論方面，他們提出原創(chuàng)的隨機(jī)后選擇DI-QKD理論方案。實(shí)驗(yàn)方面，他們利用自發(fā)參量下轉(zhuǎn)換的原理，通過優(yōu)化空間光路的參數(shù)搭建了高效率的光學(xué)糾纏源，并結(jié)合高效率的單光子探測器，使系統(tǒng)效率達(dá)到87.5%，超過了以往所有報(bào)道的相關(guān)光學(xué)實(shí)驗(yàn)。
在此基礎(chǔ)上，潘建偉團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了基于全光學(xué)系統(tǒng)的DI-QKD原理演示，成碼率達(dá)到466bps（比特每秒），并且驗(yàn)證了該系統(tǒng)在光纖長度達(dá)到220米時(shí)仍然可以產(chǎn)生安全的量子密鑰。
這項(xiàng)工作對于揭示量子力學(xué)基礎(chǔ)檢驗(yàn)和量子信息處理之間內(nèi)在的深刻聯(lián)系，發(fā)展安全的密鑰分發(fā)、構(gòu)建未來的量子網(wǎng)絡(luò)均具有重要的意義。
