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中國科學家創(chuàng)造量子保密通信新世界紀錄,權威期刊:杰出成就

王磊、楊保國/中國青年報
2016-11-15 08:38
來源:澎湃新聞
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中國青年報11月15日消息,中國科技大學潘建偉及其同事張強、陳騰云,與清華大學王向斌及中科院上海微系統(tǒng)所、濟南量子技術研究院等單位科研人員合作,在國際上首次實現(xiàn)超過400公里抵御量子黑客攻擊的測量設備無關量子密鑰分發(fā),極大地推動了兼顧安全和實用的遠距離光纖量子通信的發(fā)展。

該成果近日發(fā)表在國際物理學權威期刊《物理評論快報》上,審稿人高度評價它“是一個杰出的成就”,“打破了BB84協(xié)議下單光子源的傳輸終極極限”。

量子密鑰分發(fā)可以為分隔兩地的用戶提供無條件安全的共享密鑰。從1984年第一個量子密鑰分發(fā)協(xié)議(BB84協(xié)議)提出后,增加安全通信距離、提高安全成碼率和提高現(xiàn)實系統(tǒng)的安全性是開發(fā)實用性量子密鑰分發(fā)最重要的三個目標。

近年來,中國科大潘建偉小組圍繞上述三個目標進行了原創(chuàng)性的實驗研究,取得了一系列國際領先的成果:2013年,在國際上首次實現(xiàn)測量設備無關的量子密鑰分發(fā),徹底解決了所有針對探測系統(tǒng)的黑客攻擊,被美國物理學會評選為2013年度國際物理學重大進展;2014年,將測量設備無關的量子密鑰分發(fā)安全通信距離延長至200公里,創(chuàng)造了新的世界紀錄;2016年,又首次實現(xiàn)了基于非可信中繼的量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡。然而這些實驗的安全成碼率較低,嚴重限制了該技術的實際應用。

清華大學王向斌小組提出了4強度優(yōu)化理論方法,可以大幅度提高安全成碼率和安全距離。理論分析表明,該方法在典型實驗條件下可以將成碼率提高近兩個數(shù)量級,從而大幅度提高實用化水平。

2016年,潘建偉小組進一步通過發(fā)展穩(wěn)定的雙光子干涉技術和系統(tǒng)長時間穩(wěn)定技術,采用王向斌教授發(fā)展的理論方法,結合上海微系統(tǒng)所尤立星研究員研制的高效低噪聲超導納米線單光子探測器,成功地將測量設備無關的量子密鑰分發(fā)安全傳輸記錄拓展至404公里超低損耗光纖和311公里普通光纖距離,創(chuàng)造了光纖傳輸距離新的世界紀錄。

特別值得指出的是,在相同現(xiàn)實條件下,即使利用完美單光子源,BB84協(xié)議也不能在這么長的傳輸距離上實現(xiàn)。該實驗在207公里處的安全成碼率比2014年的200公里實驗提高了500多倍;在102公里的安全成碼率已經(jīng)足以保證安全的語音通話,也充分驗證了測量設備無關量子密鑰分發(fā)的實用性。

(原題為《中國科學家創(chuàng)造量子保密通信新的世界紀錄》)

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