我學者實現誤差容忍高安全量子密鑰分發

近日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校郭光燦院士團隊提出了兼具高穩定性和高安全性的誤差容忍測量設備無關量子密鑰分發協議，並從安全性分析和實驗驗證兩方面證實了該協議對源端非理想特性具有極強的容忍能力。相關研究成果日前線上發表在國際學術期刊《光學》上。

測量設備無關量子密鑰分發，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技術的典型協議。然而，其依然保留了對源端的諸多安全性假設，例如量子態調製中的誤差和噪聲就會違背這些安全性假設，不僅會顯著降低量子密鑰分發系統的性能，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，提出了兼具高穩定性和高安全性的測量設備無關協議——誤差容忍測量設備無關協議。該協議在免除了對探測端所有安全假設的同時，還免除了源端的“單光子態不可區分假設”和“純態假設”。由於免除了這兩條假設，測量設備無關協議對量子態調製中的信號畸變和噪聲具有極強的容忍能力。經過嚴格的安全性分析，證明了這些源端設備的非理想特性不會破壞測量設備無關協議的安全性，也不會降低系統的安全密鑰生成速率，因此誤差容忍協議兼具高安全和高穩定兩大特性。

研究人員還進一步搭建測量設備無關係統，對提出的誤差容忍協議進行實驗驗證。首先，通過自主設計的Sagnac-AMZI編碼器和四強度誘騙態調製裝置，實現了原始測量設備無關協議，並通過該系統觀察測量調製信號具有不同誤差時原始協議性能的變化。隨後，研究人員使用同一系統執行誤差容忍測量設備無關量子密鑰分發協議，在不對選基信號進行預先校準的情況下實現了幾乎恒定速率的安全密鑰分發。

這項成果極大地推進了測量設備無關量子密鑰分發技術的實用化進程，也為量子密鑰分發技術真正走向無條件安全奠定了理論和實驗基礎。