近期新捕京官网量子信息与量子通信团队在量子密钥分发现实安全性方面取得重要进展，研究论文以“存在偏振相关损耗的安全量子密钥分发实验”（Experimental secure quantum key distribution in the presence of polarization-dependent loss）为题被《Physical Review A》杂志接收发表。

量子密钥分发（Quantum Key Distribution，QKD）能够在两个远程用户之间共享安全的随机密钥，其信息理论上的安全性由量子力学基本原理保障，因此被认为是未来安全通信的有力候选方案。QKD近年来在理论和实验研究上不断取得了新进展。其中，由于实际设备不完善带来的现实安全性问题，是QKD实用化进程中亟需解决的问题。现有报道的众多QKD演示实验，在安全密钥率估计中，并没有考虑实际态制备过程中的偏振相关损耗（Polarization-Dependent Loss, PDL）。这一现实安全问题将会导致对安全密钥率的过高估计，从而影响实际QKD系统的安全性。

本研究中，我们通过实验验证基于光纤和硅基的偏振调制器中都存在着PDL，因而会导致QKD系统存在现实安全性漏洞。此外，我们提出一种现实可行的单诱骗态容忍PDL协议，可以关闭PDL引起的安全性漏洞。同时我们使用自研的高稳定性BB84 QKD实验（如图1所示）。通过应用单诱骗态容忍PDL协议，在75km的光纤链路上恢复了系统的安全性，获得了安全密钥（如图2所示）。我们的工作将为关闭QKD现实安全性漏洞提供现实可行的解决方案。

图1: BB84 QKD实验装置原理图。

图2: 考虑PDL的实际安全密钥率。

  黑色实线、绿色和蓝色点虚线表示本工作提出的协议的安全密钥率。绿色和黑色虚线表示采用标准GLLP分析下考虑PDL的单诱骗态BB84 QKD协议的安全密钥率。红色三角形表示实验结果，分别对应25km，50km和75km的实际光纤链路。

  该工作获得国家自然科学基金重点项目、面上项目、青年基金项目及广西相对论天体物理重点实验室开放课题等项目资助。

论文作者：黄春凤（博士生），陈烨（硕士生），金龙（本科生），耿明敏，军伟，张振荣，韦克金(通信作者)。

Early Posting 链接：https://journals.aps.org/pra/accepted/fd074N9bW8410823c0ff1e3096ebffa396be090bf

论文全文：https://arxiv.org/pdf/2201.00936.pdf