中国科学家实现模式匹配量子密钥分发

中国科学家实现模式匹配量子密钥分发中国科学技术大学潘建伟、陈腾云等与清华大学马雄峰合作，首次在实验上实现了模式匹配量子密钥分发。据中国央视新闻2月5日报道，相关研究成果日前发表在国际学术期刊《物理评论快报》上。量子密钥分发基于量子力学基本原理，可以实现理论上无条件安全的保密通讯。模式匹配量子密钥分发协议(MP-QKD)是由清华大学马雄峰研究组于2022年提出的一种新型测量设备无关量子密钥分发协议，相较于原始的测量设备无关协议，可以将更多的探测事件用于成码，可以很大程度提高成码率；相较于双场量子密钥分发协议和相位匹配协议，无需复杂的激光器锁频锁相技术，节省成本且降低了实际应用难度，同时对环境噪声有更好的抗干扰能力。研究表明，模式匹配量子密钥分发在不需激光器锁频锁相的条件下可以实现远距离安全成码且在城域距离有较高成码率，极大地降低了协议实现难度，对未来量子通信网络构建具有重要意义。

量子通信网络里程碑 中国科大实现模式匹配量子密钥分发

量子通信网络里程碑中国科大实现模式匹配量子密钥分发据了解，量子密钥分发(QKD)基于量子力学基本原理，可以实现理论上无条件安全的保密通信，因此在近几十年来一直是学术界的研究热点。模式匹配量子密钥分发协议(MP-QKD)是由清华大学马雄峰研究组于2022年提出的一种新型测量设备无关量子密钥分发协议，相较于原始的测量设备无关协议(MDI-QKD)，MP-QKD可以将更多的探测事件用于成码，可以很大程度提高成码率。同时，相较于双场量子密钥分发协议(TF-QKD)和相位匹配协议（PM-QKD），MP-QKD无需复杂的激光器锁频锁相技术，节省成本且降低了实际应用难度，同时对环境噪声有更好的抗干扰能力。模式匹配量子密钥分发协议示意图潘建伟、陈腾云研究组基于清华大学马雄峰研究组提出的模式匹配量子密钥分发(MP-QKD)协议，利用极大似然估计的数据后处理方法精确地估算出两个独立激光器的频率差用于参数估计，并结合中科院上海微系统所尤立星团队研制的高效率单光子探测器，实现了实验室标准光纤百公里级、两百公里级、三百公里级以及超低损光纤四百公里级的安全成码，相较于之前的原始MDI实验，成码率有明显提升，并且在三百公里和四百公里距离上较之前实验成码率提升了3个数量级。模式匹配协议的成码率比较图上述研究成果表明，MP-QKD在不需激光器锁频锁相的条件下可以实现远距离安全成码且在城域距离有较高成码率，极大地降低了协议实现难度，对未来量子通信网络构建具有重要意义。论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.130.030801...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1342729.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1342729.htm

508公里光纤量子通信：袁之良团队创城际量子密钥率新纪录

508公里光纤量子通信：袁之良团队创城际量子密钥率新纪录6月20日，相关研究成果发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》（PhysicalReviewLetters）上，并被选为编辑推荐（Editors’Suggestion）。美国物理学会Physics网站邀请国际专家撰写了相关Viewpoint评论文章。同时，《物理评论快报》也以新闻发布的形式向科技界新闻媒体重点推介了该工作。点对点量子密钥分发（QKD）的密钥率随着信道的损耗呈线性衰减。双场量子密钥分发（TF-QKD）可以使得密钥率以信道衰减的平方根线性下降，因而受到了极大的关注和取得了极大的成功。但双场协议系统实现复杂，通常需要相位跟踪、频率校准等模块来保证稳定的长距离单光子干涉。南京大学尹华磊等于2022年提出一种新颖的异步测量设备无关量子密钥分发（AsynchronousMDI-QKD）协议，该协议通过经典后处理实现时间复用，构建了双光子贝尔态，建立起MDI-QKD与TF-QKD之间的桥梁。后测量配对技术可大大降低TF-QKD系统中对激光源、相位稳定性等的严格要求，在中长距离还可实现更高的安全密钥率。同步与异步配对方案对比图袁之良团队基于异步测量设备无关量子密钥分发协议（也称为模式匹配量子密钥分发，由清华大学马雄峰组独立提出）与新型的响应过滤方法，研制出200微秒时间间隔内仍可进行稳定异步双光子干涉的量子密钥分发系统，首次在无需相位跟踪技术且进行了严格的组合安全有限密钥分析的情况下突破了安全码率界限。该实验工作实现了创纪录的双光子干涉距离和城际密钥率，将MDI-QKD的最大光纤传输距离从404公里提高到508公里。在400公里处其密钥率相比之前提高了6个数量级，201公里与306公里处的安全密钥率分别超过57000比特/秒与5000比特/秒，可满足语音通信等实时加密需求。该研究成果对商用化、高安全城际量子密钥分发系统和我国构建经济高效的城际量子安全网络具有重要意义。安全码率图北京量子信息科学研究院副研究员周来、工程师林锦平，以及南京大学物理学院博士生谢元梅、陆玉硕为该论文的共同第一作者，南京大学物理学院尹华磊副教授和北京量子院首席科学家袁之良为该论文的共同通讯作者，作者还包括北京量子研究院助理研究员荆雨芒。该项目得到了国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及南京江北新区重点研发计划项目的支持。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1366645.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1366645.htm

中国科学技术大学潘建伟、张强等与清华王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作

中国科学技术大学潘建伟、张强等与清华大学王向斌、济南量子技术研究院刘洋、中国科学院上海微系统与信息技术研究所尤立星、张伟君等合作，通过发展低串扰相位参考信号控制、极低噪声单光子探测器等技术，实现了光纤中1002公里点对点远距离量子密钥分发，不仅创下了光纤无中继量子密钥分发距离的世界纪录，也提供了城际量子通信高速率主干链路的方案。5月25日，相关研究成果发表于《物理评论快报》。（中国科学报）频道：@TestFlightCN

中国实现百兆比特率量子密钥分发 比世界最快纪录提升10倍

中国实现百兆比特率量子密钥分发比世界最快纪录提升10倍该成果于3月14日在线发表于国际学术期刊《自然-光子学》（NaturePhotonics）。高码率量子密钥分发装置图图源：中国科学技术大学官网量子密钥分发（QKD）基于量子力学基本原理，可以实现原理上无条件安全的保密通信。提高QKD的成码率对其实用化起着至关重要的作用。高码率可为更多用户提供服务，实现大数据共享、分布式存储加密等高带宽需求的应用。此前国际上最高的实时成码率是10Mb/s（10公里标准光纤信道下）。而中国研究团队实现了10公里标准光纤信道下115.8Mb/s的密钥率，较之前纪录提高了约一个数量级。潘建伟、徐飞虎研究组发展了集成光子片上高速高保真度偏振态调制技术，系统重频达到2.5GHz，量子比特误码率优于0.35%；结合中科院上海微系统所尤立星团队最新研制的八像素SNSPD，实现了高计数率、高效率的单光子探测，在每秒输入5.5亿个光子时仍能保持62%的探测效率；同时，研究组发展了偏振反馈控制、高速后处理模块等。上述研究成果表明，QKD可实现百兆比特率的实时密钥分发，满足高带宽通信需求，对未来量子通信的大规模实际应用具有重要意义。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1349281.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1349281.htm

研究人员利用量子密钥创造了新的安全信息传输距离纪录：100公里

研究人员利用量子密钥创造了新的安全信息传输距离纪录：100公里德国电信大学的研究团队通过100公里长的光纤电缆，成功地安全分发了量子加密密钥。资料来源：德国技术大学丹麦科技大学（DTU）的科学家通过连续可变量子密钥分发（CVQKD）技术分发量子安全密钥，在安全通信领域取得了突破性进展。该团队创造了一项新纪录，使该技术的有效距离达到了前所未有的100公里，这是CVQKD技术所能达到的最远距离。这种方法的优势在于它可以应用于现有的互联网基础设施。量子计算机对现有的基于算法的加密技术构成了威胁，目前这种加密技术可以确保数据传输不被窃听和监视。目前，量子计算机还没有强大到足以破解这些加密算法的地步，但这只是时间问题。如果量子计算机成功破解了最安全的算法，那么它就为所有通过互联网连接的数据敞开了大门。这加速了基于量子物理学原理的新加密方法的开发。但要取得成功，研究人员必须克服量子力学的一个难题--确保较长距离内的一致性。迄今为止，连续可变量子密钥分发技术在短距离内最有效。"我们实现了一系列改进，尤其是在沿途光子损耗方面。在这次发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上的实验中，我们通过光缆将量子加密密钥安全分发了100公里。"德国技术大学副教授托比亚斯-盖林（TobiasGehring）说："这是使用这种方法的创纪录距离。"他与德国技术大学的一组研究人员的目标是能够通过互联网在全球范围内分发量子加密信息。"来自光量子态的密匙当数据需要从A发送到B时，必须对其进行保护。加密将数据与发送方和接收方之间分发的安全密钥结合起来，这样双方都能访问数据。在数据传输的过程中，第三方一定不能找出密钥，否则，加密就会被破坏。因此，密钥交换对数据加密至关重要。量子密钥分发（QKD）是研究人员正在研究的一种用于重要交换的先进技术。该技术利用量子力学粒子（称为光子）发出的光来确保加密密钥的交换。研究小组：（前排）AdnanA.E.Hajomer、NitinJain、UlrikL.Andersen（后排）IvanDerkach、Hou-ManChin、TobiasGehring。资料来源：德国技术大学当发送者发送用光子编码的信息时，光子的量子力学特性就会被利用，为发送者和接收者创建一个独一无二的密钥。其他人试图测量或观察量子态光子时，会立即改变光子的状态。因此，物理上只有通过干扰信号才能测量光。"不可能复制量子态，就像复制一张A4纸一样--如果你尝试复制，那将是一个低劣的副本。这就是无法复制密钥的原因。"托比亚斯-盖林解释说："这可以保护健康记录和金融部门等关键基础设施免遭黑客攻击。通过现有基础设施工作连续可变量子密钥分发（CVQKD）技术可以集成到现有的互联网基础设施中。使用这项技术的优势在于可以建立一个类似于光通信的系统。互联网的支柱是光通信。它通过光导纤维中的红外线发送数据。光导纤维的作用是在电缆中铺设光导，确保我们能在全球范围内发送数据。通过光纤电缆发送数据的速度更快、距离更远，而且光信号不易受到干扰，技术术语称之为噪音。"这是一项已经使用了很长时间的标准技术。因此，你不需要发明任何新东西就能用它来分发量子密钥，而且它还能大大降低实施成本。而且，我们可以在室温下工作，"托比亚斯-盖林解释说："但CVQKD技术在较短的距离内效果最佳。我们的任务是增加距离。100公里是朝着正确方向迈出的一大步"。研究人员通过解决限制他们的系统在更远距离上交换量子加密密钥的三个因素，成功地增加了距离。机器学习提供了对影响系统的干扰的早期测量。这些干扰被称为"噪音"，例如，电磁辐射会扭曲或破坏正在传输的量子态。较早地检测到噪声可以更有效地减少其相应的影响。此外，研究人员还能更好地纠正因噪音、干扰或硬件缺陷而可能出现的错误。"在我们即将开展的工作中，我们将利用这项技术在丹麦各部委之间建立一个安全通信网络，以确保他们的通信安全。我们还将尝试在哥本哈根和欧登塞等地之间生成秘密密钥，使在这两个城市都设有分支机构的公司能够建立量子安全通信，"托比亚斯-盖林说。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1426301.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1426301.htm