最近，由中國科學技術大學潘建偉院士及其同事張強、陳騰云與清華大學馬雄峰等組成的聯(lián)合研究小組，利用與美國斯坦福大學聯(lián)合開發(fā)的高效低噪聲上轉(zhuǎn)換單光子探測器，在國際上首次實現(xiàn)了測量器件無關的量子密鑰分發(fā)，成功解決了現(xiàn)實環(huán)境中單光子探測系統(tǒng)易被黑客攻擊的安全隱患，大大提高了現(xiàn)實量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)的 安全性。

該研究成果發(fā)表在9月24日出版的國際權威物理學期刊《物理評論快報》上。

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實驗裝置圖

量子密鑰分發(fā)以量子物理與信息學為基礎，被認為是安全性最高的加密方式。然而，盡管量子密鑰分發(fā)在理論上具有無條件安全性，由于原始方案要求使用理想的單光子源和單光子探測器，在現(xiàn)實條件下很難實現(xiàn)，導致現(xiàn)實的量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)可能存在各種各樣的安全隱患。隨著該研究小組2007年在國際上首次實現(xiàn)百公里量級的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)，成功解決了非理想單光子源帶來的安全性漏洞，探測器的不完美性成為“量子黑客”的主要攻擊點，國際上多個小組提出了“時間位移攻擊”、“死時間攻擊”和“強光致盲攻擊”等針對探測系統(tǒng)的攻擊方案。雖然所有已知的量子黑客攻擊均可以通過對現(xiàn)有量子密碼系統(tǒng)的適當改造加以防御，但在理論上安全隱患仍然存在。那么是否有一個量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)可以從根本上完美解決所有已知和未知的針對探測系統(tǒng)的攻擊呢？

潘建偉小組發(fā)展了獨立激光光源的干涉技術，并與美國斯坦福大學聯(lián)合開發(fā)了國際上迄今為止最先進的室溫通信波段單光子探測器——基于周期極化鈮酸鋰波導的上轉(zhuǎn)換探測器，在此基礎上，結合清華大學馬雄峰教授的理論分析，在世界上首次實現(xiàn)了測量設備無關的安全量子密鑰分發(fā)，該實驗先天免疫于任何針對探測系統(tǒng)的攻擊，完美地解決了探測系統(tǒng)的安全隱患問題。另外，該實驗系統(tǒng)兼顧采用誘騙態(tài)方案，同時保證了非理想光源系統(tǒng)的安全性。

由于該工作在實用化量子通信領域的重要意義，被審稿人稱贊為“該領域的重要貢獻”。同時，《物理評論快報》也以新聞發(fā)布的形式向科技界新聞媒體重點推介了該工作，包括美國的著名權威學術期刊《科學》雜志，美國物理學會下屬《物理學觀點》欄目和英國的著名新聞刊物《經(jīng)濟學人》在內(nèi)的多家歐美科技新聞媒體都對此工作進行了專題報道。

多年來，潘建偉小組在基于光纖的城域、城際量子保密通信方面開展了較為系統(tǒng)的前瞻性研究，取得了多項開創(chuàng)性的成果： 2007年在世界上首次實現(xiàn)百公里誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)，2008年在實現(xiàn)基于誘騙態(tài)的光纖量子通信原型系統(tǒng)的基礎上，在合肥成功組建了世界上首個互聯(lián)互通的光量子電話網(wǎng)。上述成果被歐洲物理學會、美國物理學會、美國光學學會、《科學》等國際學術媒體廣泛報道，標志著我國在光纖城域、城際量子保密通信領域持續(xù)保持著國際領先地位。

上述研究得到了中國科學院、國家自然科學基金委、科技部和山東省的支持，特別是科技部973青年項目，中組部“青年千人”、中科院“百人計劃”和山東省量子通信公共研發(fā)平臺等項目的支持。