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中国科大在远程量子密钥分发方面取得重要进展

发布时间:2019-06-27 05:41 来源:未知 编辑:admin

  我校郭光灿院士团队在远程量子密钥分发方面取得重要进展。陈巍、银振强、王双、韩正甫等首先在理论上提出了免相位后选择的孪生场量子密钥分发协议,该协议显著降低了孪生场类协议的实现难度。基于这一协议,该研究组突破了孪生光场制备和长距离光纤信道相位补偿两项技术,在协议密钥生成率上界(线性界)限制的高密钥生成率实验,为无中继长距离城际量子密钥分配网络迈出了关键的一步。该工作的理论成果发表在应用物理权威期刊Physical Review Applied 11,034053 (2019)

  QKD利用量子力学原理,为异地通信双方协商出信息论安全的密钥,从而使得无条件安全的保密通信成为可能,受到了学术界和产业界的广泛关注。然而,实际QKD系统受信道损耗的制约,其密钥生成率随着信道长度的增加而显著降低。量子密码理论学家们证明,任何无中继的QKD协议其密钥生成率都不能突破线性界(Nat. Commun. 8, 15043, 2017),即密钥生成率随着信道传输效率的下降线月,英国东芝剑桥研究所的科学家提出了孪生场(TF) QKD协议(Nature 557, 400, 2018),该协议基于相干态直接干涉,利用单光子响应就可以产生密钥,其密钥生成率随着信道效率平方根下降而减小,在长距离信道情况下其密钥生成率有显著优势,且其安全性是测量设备无关的。上述协议的编码模式必须进行相位随机化和后选择,这两项要求显著降低了系统密钥率,增加了实现的复杂度。韩正甫研究组经过深入研究,提出了一种新型TF-QKD

  研究组首先在基于光学锁相环和反馈控制方案上取得突破,实现了两立激光器之间的稳定一阶干涉,解决了相干光场制备的技术难题。接着,研究组又设计并实现了远程光纤信道快速相位补偿控制技术,得到了臂长150公里的一阶光学干涉。最终,研究组在300公里光纤信道上实现了TF-QKD原理验证系统,其密钥生成率达到了2kbps,突破了线性界。这一密钥率约为线倍。该工作验证了在无中继条件下,远距离、跨城际高密钥率传输和组网的可行性,在量子中继短期难以实用的情况下,TF-QKD协议可望在大范围、远距离量子保密通信网络应用方面取得突破。

  该协议理论文章的第一作者为我校本科生崔超涵,通信作者为银振强教授和王双教授;实验论文的共同第一作者是王双教授和何德勇实验师,通信作者为银振强教授和陈巍副教授。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中科院和安徽省的资助。

  (中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息和量子科技创新研究院、科研部)

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