Недавно исследовательская группа профессора Цзэн-Бин Чена и доцента Хуа-Лей Инь (Национальная лаборатория микроструктур твердого тела и Школа физики, Совместный инновационный центр передовых микроструктур, Нанкинский университет) в сотрудничестве с Пекинской национальной лабораторией конденсированных Физика материи и Институт физики Китайской академии наук и другие институты предложили четырехфазный протокол распределения квантовых ключей (QKD) независимого от устройства измерения и провели экспериментальный эксперимент, чтобы доказать осуществимость.
Исследование гарантировало защиту протокола от произвольных несовершенств источника и всех атак на детектор. Он также характеризовал несовершенства источника с измеримыми параметрами в экспериментальных реализациях. Экспериментальный результат показал, что безопасная ключевая скорость может достигать 0,25 кбит/с, когда потери в канале составляют 20 дБ.
При потере канала 10 дБ (около 50 км оптического волокна ) скорость ключа безопасности может достигать 91 кбит/с, что соответствует требованиям шифрования одноразового блокнота для голосовых вызовов. По сравнению с предыдущими протоколами QKD, независимыми от измерительных устройств, которые учитывают несовершенные источники, это исследование значительно улучшило скорость ключа безопасности и расстояние передачи, продемонстрировав огромный потенциал применения в практическом развертывании защищенного QKD с несовершенством устройства.
По сравнению с классическим распределением ключей QKD позволяет двум удаленным участникам совместно использовать биты безопасного ключа для шифрования и дешифрования секретной связи. Вместе с алгоритмом одноразового блокнота QKD обеспечивает теоретическую безопасность обмена информацией, основанную на законах квантовой механики. Однако для практической работы систем QKD все еще существует серьезная лазейка в безопасности, возникающая из-за несоответствия между теоретическими предположениями о безопасности и практическими устройствами.
Чтобы быть точным, доказательство безопасности КРК устанавливается с предположениями о системных устройствах, которые не могут быть удовлетворены для реальных устройств из-за врожденных несовершенств и беспокойства перехватчиков. Это отклонение приводит к большей утечке информации к перехватчикам, которую пользователи не замечают. Чтобы сузить расхождение и еще больше усилить защиту от дефектов устройства, были предложены аппаратно-независимая QKD и независимая от измерительного устройства QKD.
Независимая от устройств КРК гарантирует безусловную безопасность КРК, измеряя нарушение неравенства Белла без каких-либо предположений об устройствах. Недавно международные исследователи реализовали экспериментальные эксперименты по аппаратно-независимой КРК с исследованиями, опубликованными в журналах Nature и Physical Review Letters соответственно.
Однако экспериментальные реализации аппаратно-независимой КРК по-прежнему страдают от коротких расстояний передачи и далеки от реализации при передаче на большие расстояния. Независимые от измерительных устройств протоколы QKD могут успешно закрыть все лазейки в детекторах, введя ненадежный промежуточный узел для измерения помех.
По сравнению с протоколами QKD, независимыми от устройств, протоколы QKD, не зависящие от измерительных устройств, не требуют каких-либо предположений о промежуточном узле с более высокой скоростью передачи ключей и большей дальностью передачи.
Например, текущими мировыми рекордами протоколов КРК, не зависящих от измерительных устройств, являются 404-километровая двухфотонная интерференция, независимая от измерительного устройства КРК, достигнутая Хуа-Лей Ином и др., и 833-километровая однофотонная интерференция с двойным полем КРК. достигнуто Shuang Wang et al. Протоколы QKD, не зависящие от измерительных устройств, считаются лучшим выбором с практической безопасностью и эффективностью. Следовательно, важно устранять несовершенства источника в протоколах QKD, не зависящих от измерительных устройств.
В протоколах QKD в основном существует четыре вида несовершенства источника, включая недостатки подготовки состояния, побочные каналы, вызванные зависимостью режима, атаки троянского коня и корреляции импульсов. Для устранения лазеек, вызванных вышеупомянутыми несовершенствами источника, в исследовании был принят недавно предложенный метод эталонной техники, чтобы полностью охарактеризовать упомянутые несовершенства источника и доказать безопасность четырехфазного независимого от измерительного устройства протокола QKD.
Кроме того, в ходе исследования были измерены параметры, характеризующие несовершенство источника, и проведен анализ протокола конечного ключа, чтобы помочь создать безопасную скорость ключа в эксперименте.
Кроме того, в исследовании был реализован экспериментальный эксперимент, чтобы доказать осуществимость протокола. В эксперименте использовалась петля Саньяка для автоматической стабилизации флуктуаций фазы канала, и все оптические волокна сохраняли поляризацию.
Теги: квант
