中国科学技术大学潘建伟教授及其同事徐飞虎、陈腾云，与多伦多大学研究人员合作，首次在非对称信道情况下实现了测量设备无关的量子密钥分发，为基于不可信中继、可动态扩展量子密码网络的实用化奠定了基础。该成果近日发表在国际物理学权威学术期刊《物理评论快报》上 [Physical Review Letters 122, 160501 (2019)]。
与经典密码体制不同，量子密码的安全性基于量子力学基本原理。即便窃听者控制了通道线路，只要窃听者不能攻入合法用户的收发终端，量子密码技术就能让空间分离的用户共享安全的密钥。然而，实际量子密码系统的器件不满足理论假设的缺陷，会可能引入安全漏洞导致黑客攻击。特别是针对探测系统的攻击成为“量子黑客”的主要攻击点。 2013年，潘建伟小组和加拿大的Tittel小组分别在国际上首次实验实现了测量器件无关的量子密钥分发，完美解决了所有针对探测系统的攻击。此后，潘建伟小组将安全距离提升至创世界纪录的404 km，并实现了基于不可信中继的三节点量子密钥分发网络验证。然而这些前期实验结果均是基于对称信道的条件下开展，即要求两个用户到中间节点的信道长度近似相等。为了扩展该技术在实用化广域量子通信网络中的应用，如何在非对称信道下实现测量器件无关的量子密钥分发成为了量子通信研究领域中的一个重要课题。
为了解答这一问题和进一步验证该技术的实用前景，潘建伟小组通过发展高稳定性测量器件无关的量子密钥分发系统，结合多伦多大学Lo研究小组合作发展的七强度非对称协议，首次在非对称信道条件下实现了高速率、测量器件无关的量子密钥分发实验。和此前的对称协议相比，安全成码率有了10倍以上的提升，安全通信距离增加了近50公里。这意味着测量器件无关量子密钥分发网络的实施将不受信道非对称影响，用户节点可便捷高效地动态接入或移出网络，因此为未来基于不可信中继量子密码网络的实用化奠定了基础。
该工作被《物理评论快报》审稿人评论为“首个非对称信道的测量器件无关量子密钥分发实验”，会引起同领域的研究者的极大兴趣。同时，由于该工作在实用化量子通信领域的重要意义，审稿人对这一工作的重要性给予高度认可，称赞这一实验结果令人印象深刻，是测量测量器件无关量子密码向前发展的重要一步（an measurement-device-independent QKD demonstration in such a scenario is an important step forward）。
非对称测量器件无关的量子密码分发装置图
该研究工作得到了科技部、中科院、国家自然科学基金委等部门以及安徽省的支持。
附论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.160501