中国科大在《现代物理评论》上发表量子保密通信综述论文

2020-05-27

5月26日,中国科学技术大学潘建伟及其同事徐飞虎、张强,与清华大学马雄峰、多伦多大学Hoi-Kwong Lo等,应邀在囯际物理学权威综述期刊、美国物理学会的《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上发表题为“基于现实器件的安全量子密钥分发”(Secure quantum key distribution with realistic devices)的长篇综述论文。该论文系统阐述了量子密码的原理、理论和实验技术,并指出,经过全球学术界三十余年的共同努力,现实条件下量子密码的安全性已经建立起来,尤其是测量器件无关等量子密钥分发协议的提出,彻底关闭了量子密码在物理实现过程中可能出现的安全性风险,为实现基于现实器件的安全量子密码铺平了道路。此论文为量子密码的广泛应用以及标准化制定奠定了坚实基础。

量子通信是量子信息科学的重要分支,它是指利用量子比特作为信息载体来进行信息交互的通信技术。量子通信中最典型的应用方式之一是量子保密通信(量子密钥分发)。量子密钥分发可以提供一种原理上安全的通信手段,是迄今唯一的安全性得到严格证明的通信方式,也是首个从实验室走向实际应用的量子信息技术。它已经成为物理学最有活力的前沿研究方向之一。经过我国科学家的长期努力,成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,并完成了国际上最大规模的量子保密通信光纤网络“京沪干线”,这一系列研究成果使我国在这一领域处于国际领先地位。

近年来,随着量子密钥分发逐步走向实用化研究,量子密钥分发的现实安全性得到了国际上的广泛关注。主要研究实际系统中的器件并不完全符合协议的数学模型而引入的潜在安全性风险和解决方案。这其中涌现了很多关于量子安全攻防的研究,以及多个新型的量子密钥分发协议。其中,潘建伟团队在国际上首次实验实现多个重要的新型协议,包括诱骗态、测量器件无关和双场等协议,极大的推动了量子密钥分发的现实安全性。

中国科大潘建伟等受邀为《现代物理评论》撰写的综述论文长达60页。文章详细回顾了量子密码的发展历史,深入讨论了量子密钥分发的现实安全性,并展望了量子密钥分发技术的未来发展趋势。正如《现代物理评论》杂志专门发布的评论所指出:在科学家的长期共同努力下,国际学术界在现实条件下量子密钥分发的理论和实验上都取得了重要的进展,现实安全性得到了彻底的提升(“Security has been thoroughly enhanced, as a consequence of both theoretical and experimental advances.”);这篇论文描述了当前最优的量子安全理论,以及实际保证量子密码系统现实安全性的方法和关键技术(“This review gives both sides of the story, with the current best theory of quantum security, and an extensive survey of what makes quantum cryptosystem safe in practice.”)。

《现代物理评论》是国际物理学界最权威的综述性期刊,近五年平均影响因子超过40,每年仅发表约四十篇学术论文。该期刊一般不接受自由投稿,主要是邀请在各领域卓有建树的物理学家执笔,旨在对当今物理研究的重大热点问题做历史总结、原理阐述、现状分析和趋向预测。论文需经过国际同行的匿名评审方可发表。此论文是潘建伟团队继2012年在《现代物理评论》发表“多光子纠缠和干涉度量学”之后的第二篇综述论文,也是我国量子信息科学领域在该期刊发表的第二篇综述论文,标志着我国在量子通信方面继续保持国际领先地位。

 

论文链接:https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.92.025002

 

(合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、中科院量子信息与量子科技创新研究院、科研部)