科學(xué)家實(shí)現(xiàn)模式匹配量子密鑰分發(fā)
【環(huán)球網(wǎng)科技綜合報(bào)道】2月7日消息,近日,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉、陳騰云等與清華大學(xué)教授馬雄峰合作,首次在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)了模式匹配量子密鑰分發(fā)(Mode-pairing QKD)。
據(jù)悉,相關(guān)研究成果發(fā)表在《物理評論快報(bào)》(Physical Review Letters)上。
資料顯示,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)理論上無條件安全的保密通信,近幾十年來一直是學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。模式匹配量子密鑰分發(fā)協(xié)議(MP-QKD)是馬雄峰研究組于2022年提出的新型測量設(shè)備無關(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光學(xué)模式中,基于探測響應(yīng)結(jié)果,通信雙方按照一定規(guī)則進(jìn)行配對,再根據(jù)配對情況進(jìn)行基矢比對、參數(shù)估計(jì)等后處理操作來產(chǎn)生最終的安全密鑰。相較于原始的測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議(MDI-QKD),MP-QKD可以將更多的探測事件用于成碼,可以很大程度提高成碼率;相較于雙場量子密鑰分發(fā)協(xié)議(TF-QKD)和相位匹配協(xié)議(PM-QKD),MP-QKD無需復(fù)雜的激光器鎖頻鎖相技術(shù),節(jié)省了成本、降低了實(shí)際應(yīng)用難度,并對環(huán)境噪聲有更好的抗干擾能力。
對此,潘建偉、陳騰云研究組基于馬雄峰研究組提出的模式匹配量子密鑰分發(fā)(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獨(dú)立激光器的頻率差用于參數(shù)估計(jì),并結(jié)合中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所尤立星團(tuán)隊(duì)研制的高效率單光子探測器,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)光纖百公里級、兩百公里級、三百公里級以及超低損光纖四百公里級的安全成碼,相較于之前的原始MDI實(shí)驗(yàn),成碼率有明顯提升,且在三百公里和四百公里距離上較之前實(shí)驗(yàn)成碼率提升了3個數(shù)量級。
上述研究成果表明,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,對未來量子通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建具有重要意義。
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