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中国首次在自由空间信道实现测量设备无关的量子密钥分发

据中国科学技术大学网站12月25日消息,近日,中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、张强等与清华大学王向斌,中科院上海微系统所尤立星等人合作,首次在国际上实现了基于远距离自由空间信道的测量设备无关量子密钥分发(MDI-QKD)实验。相关成果于2020年12月23日以编辑推荐(Editors' Suggestion)的形式在线发表在《物理评论快报》上(Phys. Rev. Lett. 125, 260503 (2020))。美国物理学会Physics网站以“量子物理保证无线通信安全 ”(Securing a Wireless Link with Quantum Physics)为题专门对该工作做了报道。这项成果不仅实现了将MDI-QKD从光纤信道拓展到自由空间信道的突破,也开启了在自由空间信道中实现基于远距离量子干涉的更复杂的量子信息处理任务的可能。

远距离自由空间MDI-QKD实验装置图

MDI-QKD协议利用双光子干涉技术消除了探测端的所有安全漏洞,无需对测量端的量子设备进行任何安全性假设,被认为是各种量子密钥分发协议中的最佳候选协议之一。自2012年首次提出以来,MDI-QKD协议已在光纤信道上得到快速发展,在距离更远、密钥速率更高和网络验证等方向取得了一系列突破。然而由于光纤存在固有损耗,量子信号又不能像经典通信那样被放大。根据数据测算,通过1200公里的光纤,即使有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器,也需要数百万年才能建立一个比特的密钥。

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