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我学者实现误差容忍高安全量子密钥分发

2022-08-25 09:25:51 | 来源: 科技日报 | 责编: 陈晨
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  近日,记者从中国科学技术大学获悉,该校郭光灿院士团队提出了兼具高稳定性和高安全性的误差容忍测量设备无关量子密钥分发协议,并从安全性分析和实验验证两方面证实了该协议对源端非理想特性具有极强的容忍能力。相关研究成果日前在线发表在国际学术期刊《光学》上。

  测量设备无关量子密钥分发,可以免疫所有针对探测端的潜在攻击行为,是新一代量子密钥分发技术的典型协议。然而,其依然保留了对源端的诸多安全性假设,例如量子态调制中的误差和噪声就会违背这些安全性假设,不仅会显著降低量子密钥分发系统的性能,还会给潜在窃听者带去可乘之机。

  研究人员通过将源端常见的非理想特性纳入安全性证明框架中,提出了兼具高稳定性和高安全性的测量设备无关协议——误差容忍测量设备无关协议。该协议在免除了对探测端所有安全假设的同时,还免除了源端的“单光子态不可区分假设”和“纯态假设”。由于免除了这两条假设,测量设备无关协议对量子态调制中的信号畸变和噪声具有极强的容忍能力。经过严格的安全性分析,证明了这些源端设备的非理想特性不会破坏测量设备无关协议的安全性,也不会降低系统的安全密钥生成速率,因此误差容忍协议兼具高安全和高稳定两大特性。

  研究人员还进一步搭建测量设备无关系统,对提出的误差容忍协议进行实验验证。首先,通过自主设计的Sagnac-AMZI编码器和四强度诱骗态调制装置,实现了原始测量设备无关协议,并通过该系统观察测量调制信号具有不同误差时原始协议性能的变化。随后,研究人员使用同一系统执行误差容忍测量设备无关量子密钥分发协议,在不对选基信号进行预先校准的情况下实现了几乎恒定速率的安全密钥分发。

  这项成果极大地推进了测量设备无关量子密钥分发技术的实用化进程,也为量子密钥分发技术真正走向无条件安全奠定了理论和实验基础。

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