潘建伟团队首次实现设备无关量子密钥分发

科技日报记者 吴长锋

31日，记者从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟及其同事张强、徐飞虎等，通过发展设备无关理论协议和构建高效率的光学量子纠缠系统，首次在国际上实验实现了设备无关量子密钥分发（DI-QKD）的原理性演示，相关研究成果以编辑推荐的形式在线发表于最新一期的《物理评论快报》上。

量子密钥分发（QKD）相比于传统通信协议，可以确保原理上无条件安全通信。然而在现实条件下，设备可能存在着某些不完美的特性。这些特性往往会为攻击者提供威胁系统安全的侧信道，造成现实条件下的潜在安全隐患。目前的主要解决方案是对设备进行检测并制定相关标准，从而确保其在现实条件下的安全性。

设备无关量子密钥分发（DI-QKD）基于无漏洞量子力学基础检验，提供了一套全新的不依赖于设备具体功能和特性的安全成码方案。基于该协议，不需要对设备进行任何标定，通过贝尔不等式的违背便可以保证QKD的现实安全性，一直受到国内外学术界的高度重视和广泛关注。

然而，DI-QKD的实现十分困难。为了实现这一目标，潘建伟团队分别从理论和实验两方面进行探索。理论方面，他们提出原创的随机后选择DI-QKD理论方案。实验方面，他们利用自发参量下转换的原理，通过优化空间光路的参数搭建了高效率的光学纠缠源，并结合高效率的单光子探测器，使系统效率达到87.5%，超过了以往所有报道的相关光学实验。

在此基础上，潘建伟团队首次实现了基于全光学系统的DI-QKD原理演示，成码率达到466bps（比特每秒），并且验证了该系统在光纤长度达到220米时仍然可以产生安全的量子密钥。

这项工作对于揭示量子力学基础检验和量子信息处理之间内在的深刻联系，发展安全的密钥分发、构建未来的量子网络均具有重要的意义。