“我科学家首次提出新型远程量子密钥一个个地发协议”

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据中国科大介绍，该校郭光翠院士团队首先提出了理论上无相位后选择的双子场量子密钥逐一( qkd )协议，为将互联网建设分配给未中继的长途城际量子密钥迈出了重要一步。 这项事业的理论和实验成果日前分别发表在权威期刊《物理应用评论》和《物理评论x》上。

qkd可以实现无条件安全的秘密通信。 但是，实际的qkd系统受到信道损耗的制约，其密钥生成率随信道长度的增加而明显下降。 量子密码理论家们解释说，随着信道传输效率的降低，密钥生成率呈线性减少。 年英国科学家提出了双子场( tf ) qkd协议，可以基于该协议利用单光子响应生成密钥，其密钥生成率随着信道效率平方根的下降而减少，在长距离信道的情况下，其密钥生成率具有显着的特征。 但是，由于其编码模式需要进行相位随机化和后选，系统密钥率明显降低，增加了实现的难度和复杂性。

经过深入研究，郭光翠院士团队提出了新型tf-qkd协议，并提出了完善的安全性说明。 新协议的编码模式不需要相位随机化和后选，提高了协议的效率，降低了实现的可能性和噪声，同时可以在更短的信道距离上突破线性边界，密钥生成率明显提高。 科研人员首先基于光学锁相环和反馈控制方式取得了突破，实现了两台独立激光器之间稳定的一次干涉，处理了相干光场制造的技术难题。 其次，他们还设计并实现了远程光纤信道的高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，研究小组在300公里的光纤通道上实现了tf-qkd原理验证系统，其密钥生成率达到2kbps，突破了线性界。 这个密钥速率约是线性界的3倍。

该成果验证了在无中继条件下，远距离、城市间的高密钥速率传输和组网的可行性，在量子中继短期难以实用化的情况下，有望在大范围、远距离量子保密通信互联网的应用中取得突破。 记者吴长锋