时间编码量子密钥分发的实验实现

我们已实现一套实验装置，以论证时间编码协议用于量子密钥分发的可行性。Alice 产生 853 nm 的相干 20 ns 弱光脉冲。它们以 0 ns 延迟（编码比特 0）或 10 ns 延迟（编码比特 1）发送给 Bob。Bob 将接收到的脉冲随机导向两条不同臂。在第一臂中，300 ps 分辨率的 Si 光子计数器使 Bob 能精确测量每个光子的探测时间以建立密钥。将其与 Alice 所发脉冲的发射时间比较，可评估量子比特误码率(QBER)。所得最小 QBER 为 1.62%。装置中可能的相干性丧失可被 Eve 利用以窃听线路。因此，Bob 装置的第二臂为两路径间具有 10 ns 传播延迟的 Mach-Zender 干涉仪。对输出束的对比度测量可测得接收脉冲的自相关函数，该函数刻画其平均相干性。在理想装置情况下，由 Alice 所发脉冲给出的期望值为 0.576。实验测得的脉冲自相关函数值为 0.541。知晓由此导致的相干性丧失与所测 QBER，便可评估 Alice 与 Eve 间及 Alice 与 Bob 间的互信息，分别针对拦截-重发攻击与纠缠攻击情形。由我们的数值，Bob 相对 Eve 每脉冲有 0.43 bit 优势。对应于 Bob 与 Eve 信息相等的的最大可能 QBER 为 5.8%。按 850 nm 光纤通常衰减计，这表明安全密钥分发在至多 2.75 km 距离内可行，足以满足本地链路。