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我國(guó)實(shí)現(xiàn)模式匹配量子密鑰分發(fā)

2023年2月6日 09:51  科技日?qǐng)?bào)  作 者:吳長(zhǎng)鋒

記者5日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉,該校潘建偉、陳騰云等與清華大學(xué)馬雄峰合作,首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了模式匹配量子密鑰分發(fā)(MP-QKD)。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

量子密鑰分發(fā)(QKD)基于量子力學(xué)基本原理,可以實(shí)現(xiàn)理論上無(wú)條件安全的保密通信,因此近幾十年來(lái)一直是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。MP-QKD是由清華大學(xué)馬雄峰研究組于2022年提出的一種新型測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議,要求通信雙方首先將信息編碼在單個(gè)光學(xué)模式中,基于探測(cè)響應(yīng)結(jié)果,通信雙方按照一定規(guī)則進(jìn)行配對(duì),再根據(jù)配對(duì)情況進(jìn)行基矢比對(duì)、參數(shù)估計(jì)等后處理操作來(lái)產(chǎn)生最終的安全密鑰。

相較于原始的測(cè)量設(shè)備無(wú)關(guān)協(xié)議(MDI-QKD),MP-QKD可將更多的探測(cè)事件用于成碼,很大程度提高成碼率;相較于雙場(chǎng)量子密鑰分發(fā)協(xié)議(TF-QKD)和相位匹配協(xié)議(PM-QKD),MP-QKD無(wú)需復(fù)雜的激光器鎖頻鎖相技術(shù),節(jié)省成本且降低了實(shí)際應(yīng)用難度,同時(shí)對(duì)環(huán)境噪聲有更好的抗干擾能力。

潘建偉、陳騰云研究組基于MP-QKD協(xié)議,利用極大似然估計(jì)的數(shù)據(jù)后處理方法,精確地估算出兩個(gè)獨(dú)立激光器的頻率差用于參數(shù)估計(jì),并結(jié)合中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)所尤立星團(tuán)隊(duì)研制的高效率單光子探測(cè)器,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光纖百公里級(jí)、200公里級(jí)、300公里級(jí)以及超低損光纖400公里級(jí)的安全成碼,相較于之前的原始MDI實(shí)驗(yàn),成碼率有明顯提升,并且在300公里和400公里距離上較之前實(shí)驗(yàn)成碼率提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)。

這一研究成果表明,MP-QKD在不需激光器鎖頻鎖相的條件下可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全成碼且在城域距離有較高成碼率,極大地降低了協(xié)議實(shí)現(xiàn)難度,對(duì)未來(lái)量子通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建具有重要意義。

編 輯:章芳
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