節點不必可信的量子密鑰分發網絡已實現

　　中國科學技術大學郭光燦院士團隊韓正甫教授及其合作者王雙、銀振強、陳巍等，實現了抗環境干擾的非可信節點量子密鑰分發網絡，全面提高了量子密鑰分發網絡的安全性、可用性和可靠性，向實現下一代量子網絡邁出了重要一步。相關研究成果日前在線發表于國際學術知名期刊《光學》。

測量設備無關量子網絡的實施框圖 課題組供圖

　　網絡安全是信息時代的重要主題，量子密鑰分發網絡以量子物理原理為基礎，可為成千上萬的用戶提供信息論安全的保密通信服務，構建安全可控的網絡環境。當前，量子保密通信網絡已在全球各地先后部署，證明了其優越的安全通信能力。

　　在量子分發網絡的過程中，由于技術條件限制，中間會設置接力點——中繼節點。為了確保網絡的安全性，需要對這些節點進行嚴格的安全防護，研究人員稱之為“可信節點”。相反地，如果不需要做安全保護，即為“非可信節點”。

　　“做安全防護需要大量昂貴的硬件，因此建立可信節點量子保密通信網絡需要巨大成本，而且太多額外的硬件還會降低系統的安全性。”韓正甫介紹，如何免除用戶鏈路上必須可信的中間節點，降低對通信鏈路的安全性要求，從而構建下一代基于非可信節點的量子網絡，是目前急需解決的問題。

　　測量設備無關量子密鑰分發協議（MDI-QKD）通過設置一個非可信節點對編碼量子態進行聯合測量，可在兩個用戶間構建安全的通信鏈路，是構建百公里級城域量子網絡的重要角色。然而，聯合測量不僅限定了參與用戶的數量，還對信道環境的穩定性提出更高要求，不利于在復雜網絡環境下進行部署。

　　多年來，韓正甫課題組圍繞這一問題展開深入研究，2015年實現了參考系測量設備雙無關系統，解決了相位擾動的問題；2017年設計出環境魯棒型系統，進一步實現了抗偏振擾動能力；2021年提出非獨立組網方案，探索測量設備無關系統的網絡化路線。至此，課題組具備解決MDI-QKD網絡的多用戶可用性和環境干擾下可靠性問題的條件。

　　此次研究中，課題組設計“薩格納克-馬赫-曾德爾”結構的非相敏量子編碼器，能夠免除相位參考系的補償。同時，課題組借助隨機化，擦除了編碼量子態的偏振信息，使其具備抗信道偏振擾動能力。最后，課題組重新利用偏振維度進行多用戶配對，能夠同步實現多對用戶的強度干涉（HOM干涉）和聯合測量。

　　在此基礎上，課題組完成了測量設備無關量子密鑰分發網絡的構建，使其同時具備抗環境干擾、無需可信節點、支持多用戶靈活組網的特性。

　　研究成果推動了下一代量子保密通信網絡的實用化，為未來量子互聯網的具體形態做出有益探索。