中国科大在高安然量子密钥分发收集方面取得新进展

我校郭光灿院士团队在量子密钥分发收集化研究方面取得重要进展。该团队韩正甫教授及其合作者王双、银振强、陈巍等实现了抗情况干扰的非可托节点量子密钥分发收集，周全提高了量子密钥分发收集的安然性、可用性和靠得住性，向实现下一代量子收集迈出了重要的一步。相关研究成果于7月16日在线揭橥在国际学术著名期刊《Optica》上[Optica, 9, 812-823(2022)]。

收集安然是信息时代的重要主题，量子密钥分发收集以量子物理道理为基本，可为成千上万的用户供给信息论安然的保密通信办事，构建安然可控的收集情况。当前，量子保密通信收集已在全球各地先后安排，在实践中证清楚明了其优越的安然通信能力。但收集中对于可托节点的需求提高了其实际安排的门槛，若何免除用户链路上必须可托的中心节点，降低对通信链路的安然性要求，从而构建下一代基于非可托节点的量子收集，是今朝急需解决的问题。

测量设备无关量子密钥分发协议（MDI-QKD）经由过程设置一个非可托节点对编码量子态进行联合测量，可在两个用户间构建安然的通信链路，是构建百公里级城域量子收集的重要角色。然而联合测量不仅限制了介入用户的数量，还对信道情况的稳定性提出了更高的要求，晦气于在复杂收集情况下进行安排。韩正甫课题组多年来围绕这一问题展开深入研究，2015年实现了参考系测量设备双无关系统（Phys. Rev. Lett. 115, 160502 (2015)），解决了相位扰动的问题；2017年设计出情况鲁棒型系统（Optica 4, 1016-1023 (2017)），进一步实现了抗偏振扰动能力；2021年提出非自力组网计划(Photon. Res. 9, 1881-1891 (2021))，探索测量设备无关系统的收集化路线。至此，解决MDI-QKD收集的多用户可用性和情况干扰下的靠得住性问题，其前提已经具备。

图1 测量设备无关收集的实施框图

在本研究中，课题组设计了“萨格纳克-马赫-曾德尔”结构的非相敏量子编码器，能够免除相位参考系的补偿；同时，课题组借助随机化，擦除了编码量子态的偏振信息，使其具备抗信道偏振扰动能力；最后，课题组从新应用偏振维度进行多用户配对，能够同步实现多对用户的Hong-Ou-Mandel干涉和联合测量。在此基本上，课题组完成了测量设备无关量子密钥分发收集的构建，使其同时具备抗情况干扰、无需可托节点、支持多用户灵活组网的特点。该成果推动了下一代量子保密通信收集的实用化，为未来量子互联网的具体形态做出了有益的探索。

该工作的合营第一作者为中科院量子信息重点实验室特任副研究员范元冠杰和博士后卢奉宇，王双教授、银振强教授是该工作的合营通讯作者。这项工作获得了科技部、国家自然科学基金委、中国博士后科学基金会、中国科学院和安徽省的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.458937

（中科院量子信息重点实验室、中科院量子信息和量子科技立异研究院、物理学院、科研部）