中国科研人员在新型量子密钥分配研究上取得重要进展

记者2日从中国科学技术大学获悉，该校科研人员在环回差分相位量子密钥分配(RRDPS)研究方面取得重要进展——在国际上首次实现了分组脉冲数最小、安全距离最长的RRDPS协议。

这一研究成果近日发表在国际权威学术期刊《自然通讯》(《Nature Communications》)上。

中科院量子信息重点实验室的银振强、王双、陈巍、韩正甫等在理论上完善了该协议的安全性证明，以此为基础在国际上首次实现了分组脉冲数最小、安全距离最长的RRDPS协议，解决了该协议在实际信道条件下分组脉冲数过多、效率偏低的问题。

RRDPS是日本和美国科学家2014年提出的新型量子密钥分发协议。该协议无需监测信号扰动参数，即可实现对窃听者信息量的估计，也从量子密钥分发协议的设计基础上实现了突破，在实际应用中，免信道扰动监测也带来了系统简化、误码率容忍高的优势，因此引起了学术界的浓厚兴趣。

然而该协议仍存在一些关键问题没有解决。首先在理论上，现有的安全性证明对信息泄露的计算较为粗糙，还不能定量描述窃听者攻击行为、系统误码率和信息泄露的内在关系；实验上需要的脉冲分组数L过大，实现有效测量的装置较复杂，这也限制了该协议的实用化。

为解决这些问题，中国科研人员首先在理论上完善了RRDPS协议的安全性证明。仿真计算表明，基于这一新的安全性证明，RRDPS协议的密钥率和安全距离等关键指标都有了显著提高，且其所需的脉冲分组数L相对于原始协议大大减少，这对于降低RRDPS系统的实现难度、提升其实用性有着重要意义。

为了进一步验证该理论，韩正甫研究组还实现了L=3的最简RRDPS演示实验。实验在30km光纤信道上实现了免误码检测的密钥分发；如果结合信道扰动参数，安全距离则可以达到140km。该成果对于丰富高维量子密钥分发的安全性分析理论和方法，提升系统的实用性有着重要参考价值。