我國首次實現脈衝數最小、安全距離最長新型量子密鑰

記者3日從中國科技大學獲悉，該校郭光燦院士領導的中科院量子信息重點實驗室，在國際上首次實現了分組脈衝數最小、安全距離最長的RRDPS協議，解決了該協議在實際信道條件下分組脈衝數過多、效率偏低的問題。成果發表在1月31日的國際權威學術期刊《自然通訊》上。

RRDPS是日本和美國科學家2014年提出的新型量子密鑰分發協議。由於該協議無需監測信號擾動參數，即可實現對竊聽者信息量的估計。在實際應用中，其免信道擾動監測帶來了系統簡化、誤碼率容忍高的優勢，因此引起了學術界濃厚興趣。然而該協議仍舊存在安全性證明的計算較為粗糙，還不能定量描述竊聽者攻擊行為、系統誤碼率和信息泄露的內在關係；實驗上實現有效測量的裝置較複雜，從而限制了該協議的實用化。

為此，科研人員首先在理論上完善了RRDPS協議的安全性證明。通過構造竊聽者的一般collective攻擊模型，並充分考慮編碼態各個脈衝上隨機相位對竊聽者輔助態造成的退相干效果，給出了竊聽者對密鑰信息的緊湊界。這一新穎的安全性證明在物理上理清了RRDPS協議的安全性機制，顯著地提升了RRDPS的性能，並為其他高維QKD協議的安全性證明給出了新的思路。模擬計算表明，RRDPS協議的密鑰率和安全距離等關鍵指標都有了顯著的提高，且其所需的脈衝分組數L相對於原始協議大大減少。實驗在30km光纖信道上實現了免誤碼檢測的密鑰分發；如果結合信道擾動參數，安全距離則可以達到140km。

該成果對於豐富高維量子密鑰分發的安全性分析理論和方法，提升系統的實用性有著重要價值。

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