里程碑！我国首次实现15用户量子安全直接通信网络

光子盒研究院出品

中国研究人员在量子通信网络方面取得重要突破。由上海交通大学的陈险峰和江西师范大学的李渊华组成的研究团队构建了一个15个用户的量子安全直接通信(QSDC)网络。他们利用量子安全直接通信原理，首次实现了网络中15个用户之间的安全通信，其传输距离达到40公里。为未来基于卫星量子通信网络和全球量子通信网络奠定了基础。

相关论文发表在《自然》旗下的《光：科学与应用》杂志上。

量子通信是一种前沿的信息技术，它保证了数据的超安全传输。科学家们为这种传输开发了许多模型，包括量子密钥分发(QKD)、量子隐形传态和QSDC。

基于QKD技术，已经提出了许多不同类型的量子通信网络，然而这种通信网络仅传输密钥，而不直接传输信息。

相比之下，QSDC通过安全的量子信道直接发送秘密信息。根据研究人员的说法，对QSDC的任何攻击都只能产生一个随机数，并且不能从中获得任何有用的信息。“因此，QSDC的通信步骤简单，减少了潜在的安全漏洞，并提供了更高的安全保障。”

近年来，实验性QSDC得到了长足的发展。然而，在基于纠缠的QSDC协议中，无法同时区分四组编码的正交纠缠态限制了它的实际应用。因此，迫切需要QSDC的实验演示。

为了实现QSDC的广泛应用，研究人员构建了全连接的基于纠缠的QSDC网络，包括5个子网，15个用户。其中，任何两个用户共享的纠缠态的保真度都高于97%。

a.量子网络由五个子网完全连接(A、B、C、D和E分别用红色、橙色、绿色、蓝色和黑色表示)。子网之间的虚线(十条不同颜色的链路)是子网之间相关的时间-能量光子对。b.每个子网(如子网A)都配有一个1 × 3基站和一个延迟控制模块，该模块将频率相关的纠缠光子对(红色和蓝色符号)拆分并随机发送给三个用户。

结果表明，当任意两个用户在长度为40公里的光纤上进行QSDC时，他们共享的纠缠态的保真度仍然超过95%，信息传输速率保持在1 Kbps以上，证明了所提出的QSDC网络的可行性。

值得一提的是，该网络具有很好的可扩展性。利用这种方案，每个用户通过共享的不同波长的纠缠光子对与任何其他用户互连。此外，在使用高性能探测器以及偏振调制器(PM)的高速控制的情况下，可以提高到大于100 Kbps的信息传输速率。这种方法也可以通过设置量子中继器来实现多互连网络。此外，通过级联非线性过程的单光子频率转换也可以应用于实现大规模远程网络中的QSDC。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41377-021-00634-2

—End—

相关阅读：

光子盒将为中国境内的研究机构和企业提供一个免费的垂直招聘信息发布渠道，欢迎有需求的机构或企业直接联系光子盒。（微信：Hordcore）

你可能会错过：