千公里级可扩展量子密钥分发的实验演示
量子物理
2023-11-03 v2
摘要
长距离安全通信是现代信息学的主要问题之一。传统传输被认为易受量子计算机攻击。值得注意的是，催生量子计算机的同一量子力学通过量子密钥分发（QKD）提供了针对此类攻击的保证性防护。然而，长距离传输存在问题，因为光学信道中信号的基本衰减发生在约百公里距离处。我们提出通过一种QKD协议解决该问题，下文称为Terra Quantum QKD协议（TQ-QKD协议）。在我们的协议中，我们使用包含足够多光子用于随机比特编码的半经典脉冲，并利用铒放大器转发光子脉冲，同时确保在所选脉冲强度下，即使在约百米距离处也只有极少数光子可能逸出信道。因此，窃听者将无法有效利用信号的丢失部分。TQ-QKD协议的核心是对光纤通信链路的端到端损耗控制，因为光学损耗原则上可被窃听者用来获取传输信息。然而，我们的控制精度使得若泄漏程度低于可检测水平，则泄漏态为量子态，因其仅含极少数光子。因此，窃听者可获得的代表‘0’和‘1’的比特编码态部分几乎不可区分。我们的工作展示了TQ-QKD协议的实验演示，实现了1079公里的量子密钥分发。进一步提升该方案组件的质量将扩展可达传输距离。这为在未来几年创建安全的全球QKD网络铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2306.04599,
title = {Experimental demonstration of scalable quantum key distribution over a thousand kilometers},
author = {A. Aliev and V. Statiev and I. Zarubin and N. Kirsanov and D. Strizhak and A. Bezruchenko and A. Osicheva and A. Smirnov and M. Yarovikov and A. Kodukhov and V. Pastushenko and M. Pflitsch and V. Vinokur},
journal= {arXiv preprint arXiv:2306.04599},
year = {2023}
}
备注
23 pages (main text: 15 pages, supplement: 8 pages), 21 figures (main text: 7 figures, supplement: 14 figures)