山西大学苏晓龙等：混合量子密钥分发网络
Siyu Ren, Yu Wang, Xiaolong Su. Hybrid quantum key distribution network. Sci China Inf Sci, 2022, 65: 200502, DOI: 10.1007/s11432-022-3509-6
量子通信网络是当前量子科技发展的一个重要方向。在量子通信网络中，网络用户能够实现量子通信。量子密钥分发 (Quantum key distribution) 是一种典型的量子通信方式，基于量子力学基本原理实现合法通信双方的密钥分发。根据所采用的量子变量不同，量子密钥分发分为连续变量量子密钥分发和离散变量量子密钥分发两种系统。这两种量子密钥分发系统各有优缺点，并行发展，均取得了长足的进展。量子密钥分发正在向实用化、网络化方向发展。近年来，已经建立了多个量子密钥分发网络，其中大部分量子密钥分发网络是点对点量子密钥分发协议的直接扩展。如何在量子密钥分发网络中有效地结合连续变量量子密钥分发和离散变量量子密钥分发系统，充分发挥它们各自的优势，是一个亟待解决的关键问题。
基于混合量子信息处理的思想，作者提出了一种结合连续变量和离散变量量子密钥分发系统的混合量子密钥分发网络。其中，连续变量量子密钥分发系统用于建立城域网，离散变量量子密钥分发系统用于连接城域量子密钥分发网络。这种混合量子密钥分发网络同时兼顾了连续变量量子密钥分发系统在城域范围的高密钥率优势和离散变量量子密钥分发系统的长距离优势。由于连续变量量子密钥分发系统无需单光子探测，与光通信系统具有良好的兼容性，该混合量子密钥分发网络降低了网络成本。同时，作者还提出了混合测量设备无关量子密钥分发网络。
提出了一种有效结合连续变量和离散变量量子密钥分发系统各自优势的混合量子密钥分发网络新方法，为实用化量子密钥分发网络的发展提供了一种新的网络架构。
通过比较连续变量和离散变量量子密钥分发系统的密钥速率和传输距离，证实了建立混合量子密钥分发网络的可行性。与离散变量量子密钥分发网络相比，所提出的混合量子密钥分发网络在城域距离内具有更高的密钥率。与连续变量量子密钥分发网络相比，混合量子密钥分发网络能够实现两个城市之间的长距离量子密钥分发。研究成果为未来量子密钥分发网络的构建提供了一种可行途径。
本文将发表在 SCIENCE CHINA Information Sciences 2022年 第10期 “量子信息”专题，敬请关注！
任思宇 博士
山西大学
量子光学与光量子器件国家重点实验室
王宇 副研究员
密码科学技术国家重点实验室
苏晓龙 教授
山西大学
量子光学与光量子器件国家重点实验室
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