中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士郭光燦領(lǐng)導(dǎo)的中科院量子信息重點(diǎn)實驗室在探測設(shè)備無關(guān)型量子密鑰分配的研究方面取得新進(jìn)展：該實驗室量子密碼研究組的銀振強(qiáng)、王雙、韓正甫、陳巍等在國際上首次實現(xiàn)了無需參考系校準(zhǔn)的測量設(shè)備無關(guān)型量子密鑰分配（MDI-QKD）實驗系統(tǒng)，顯著增強(qiáng)了系統(tǒng)的實際安全性和工作穩(wěn)定性，對推動此類設(shè)備無關(guān)型量子密鑰分配技術(shù)在實際環(huán)境中可靠、穩(wěn)定的應(yīng)用具有重要意義。該研究成果作為編輯推薦發(fā)表在10月15日的《物理評論快報》上，實驗室的博士生王超、宋蕭天是該系列工作的共同第一作者。
       量子密鑰分配基于量子力學(xué)的原理，可以在信息論的層面實現(xiàn)通信雙方之間無條件安全的密鑰傳輸。但是由于實際器件和設(shè)備的不完美，量子密鑰分配實際系統(tǒng)的安全性與理論協(xié)議之間存在著一定的差距。從協(xié)議層面而不只從技術(shù)參數(shù)對抗的角度解決系統(tǒng)的實際安全問題，是當(dāng)前研究者探討的重點(diǎn)之一。2012年，加拿大H. K. Lo研究組提出了MDI-QKD協(xié)議。該協(xié)議無需對測量端的量子設(shè)備進(jìn)行任何安全性假設(shè)，就能夠有效地免疫所有探測端攻擊，有效提升了量子密鑰分配系統(tǒng)的實際安全性，受到了國際上的廣泛關(guān)注。
       然而，與BB84等協(xié)議類似，該協(xié)議的有效執(zhí)行需要量子態(tài)制備與測量時的參考基準(zhǔn)（參考系）嚴(yán)格一致，否則將產(chǎn)生系統(tǒng)誤碼，極大地降低安全密鑰生成率并造成安全隱患。由于系統(tǒng)收發(fā)各方所處的環(huán)境不同且在不斷變化，因此通信雙方或者多方之間參考系的校準(zhǔn)是必不可少的。參考系校準(zhǔn)過程將消耗更多的系統(tǒng)資源，且有可能引入額外的安全隱患。特別是在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下，多個參考系之間的校準(zhǔn)工作將可能嚴(yán)重的影響其有效的密鑰生成能力和穩(wěn)定性。
       研究組基于MDI-QKD協(xié)議中的Bell態(tài)投影測量的思想，通過將經(jīng)典信息編碼到光子路徑這一物理量上，有效地避免了環(huán)境干擾對編解碼的影響，設(shè)計了無需參考系校準(zhǔn)的MDI-QKD協(xié)議。協(xié)議通過對路徑中的編解碼單元進(jìn)行相位調(diào)制和解調(diào)，可以有效地監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)和安全參數(shù)。課題組進(jìn)一步基于具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“法拉第-邁克爾遜”干涉儀結(jié)構(gòu)，通過對其增加光量子高速路徑選擇單元，實現(xiàn)了滿足MDI-QKD要求的環(huán)境干擾免疫的光量子相位編解碼干涉儀。研究組同時解決了獨(dú)立光源量子干涉、異地時鐘精準(zhǔn)同步、線路自動糾偏等MDI-QKD系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，首次在實驗上有效驗證了無需參考系校準(zhǔn)的MDI-QKD協(xié)議的安全性和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果證實這一方案可以有效降低通信者之間對參考系校準(zhǔn)的要求，避免了在參考系校準(zhǔn)過程中引入額外的系統(tǒng)開銷或安全隱患，可以有效提升測量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分配技術(shù)在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的可用性。