分析測(cè)試百科網(wǎng) > 行業(yè)資訊 > 項(xiàng)目成果

節(jié)點(diǎn)不必可信的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)已實(shí)現(xiàn)

2022.7.22

　　中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)郭光燦院士團(tuán)隊(duì)韓正甫教授及其合作者王雙、銀振強(qiáng)、陳巍等，實(shí)現(xiàn)了抗環(huán)境干擾的非可信節(jié)點(diǎn)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，全面提高了量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的安全性、可用性和可靠性，向?qū)崿F(xiàn)下一代量子網(wǎng)絡(luò)邁出了重要一步。相關(guān)研究成果日前在線發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)知名期刊《光學(xué)》。

5用圖.jpg

測(cè)量設(shè)備無關(guān)量子網(wǎng)絡(luò)的實(shí)施框圖課題組供圖

　　網(wǎng)絡(luò)安全是信息時(shí)代的重要主題，量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)以量子物理原理為基礎(chǔ)，可為成千上萬的用戶提供信息論安全的保密通信服務(wù)，構(gòu)建安全可控的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。當(dāng)前，量子保密通信網(wǎng)絡(luò)已在全球各地先后部署，證明了其優(yōu)越的安全通信能力。

　　在量子分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的過程中，由于技術(shù)條件限制，中間會(huì)設(shè)置接力點(diǎn)——中繼節(jié)點(diǎn)。為了確保網(wǎng)絡(luò)的安全性，需要對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行嚴(yán)格的安全防護(hù)，研究人員稱之為“可信節(jié)點(diǎn)”。相反地，如果不需要做安全保護(hù)，即為“非可信節(jié)點(diǎn)”。

　　“做安全防護(hù)需要大量昂貴的硬件，因此建立可信節(jié)點(diǎn)量子保密通信網(wǎng)絡(luò)需要巨大成本，而且太多額外的硬件還會(huì)降低系統(tǒng)的安全性。”韓正甫介紹，如何免除用戶鏈路上必須可信的中間節(jié)點(diǎn)，降低對(duì)通信鏈路的安全性要求，從而構(gòu)建下一代基于非可信節(jié)點(diǎn)的量子網(wǎng)絡(luò)，是目前急需解決的問題。

　　測(cè)量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)協(xié)議（MDI-QKD）通過設(shè)置一個(gè)非可信節(jié)點(diǎn)對(duì)編碼量子態(tài)進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，可在兩個(gè)用戶間構(gòu)建安全的通信鏈路，是構(gòu)建百公里級(jí)城域量子網(wǎng)絡(luò)的重要角色。然而，聯(lián)合測(cè)量不僅限定了參與用戶的數(shù)量，還對(duì)信道環(huán)境的穩(wěn)定性提出更高要求，不利于在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行部署。

　　多年來，韓正甫課題組圍繞這一問題展開深入研究，2015年實(shí)現(xiàn)了參考系測(cè)量設(shè)備雙無關(guān)系統(tǒng)，解決了相位擾動(dòng)的問題；2017年設(shè)計(jì)出環(huán)境魯棒型系統(tǒng)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了抗偏振擾動(dòng)能力；2021年提出非獨(dú)立組網(wǎng)方案，探索測(cè)量設(shè)備無關(guān)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化路線。至此，課題組具備解決MDI-QKD網(wǎng)絡(luò)的多用戶可用性和環(huán)境干擾下可靠性問題的條件。

　　此次研究中，課題組設(shè)計(jì)“薩格納克-馬赫-曾德爾”結(jié)構(gòu)的非相敏量子編碼器，能夠免除相位參考系的補(bǔ)償。同時(shí)，課題組借助隨機(jī)化，擦除了編碼量子態(tài)的偏振信息，使其具備抗信道偏振擾動(dòng)能力。最后，課題組重新利用偏振維度進(jìn)行多用戶配對(duì)，能夠同步實(shí)現(xiàn)多對(duì)用戶的強(qiáng)度干涉（HOM干涉）和聯(lián)合測(cè)量。

　　在此基礎(chǔ)上，課題組完成了測(cè)量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，使其同時(shí)具備抗環(huán)境干擾、無需可信節(jié)點(diǎn)、支持多用戶靈活組網(wǎng)的特性。

　　研究成果推動(dòng)了下一代量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用化，為未來量子互聯(lián)網(wǎng)的具體形態(tài)做出有益探索。

中國(guó)科學(xué)量子密鑰技術(shù)大學(xué)

中國(guó)科學(xué)報(bào)

喜歡作者我要約稿