我國科學家成功解決單光子探測系統安全隱患

2020-12-05 環球網

日前，中國科學技術大學潘建偉院士及其同事張強、陳騰雲與清華大學馬雄峰等組成的聯合研究小組，利用與美國史丹福大學聯合開發的高效低噪聲上轉換單光子探測器，在國際上首次實現了測量器件無關的量子密鑰分發，成功解決了現實環境中單光子探測系統易被黑客攻擊的安全隱患，大大提高了現實量子密鑰分發系統的安全性。

儘管量子密鑰分發在理論上具有無條件安全性，但由於原始方案要求使用的理想單光子源和單光子探測器，在現實條件下很難實現，導致現實的量子密鑰分發系統可能存在各種安全隱患。2007年，該研究組在國際上首次實現百公裡量級的誘騙態量子密鑰分發，成功解決了非理想單光子源帶來的安全性漏洞，但隨後探測器的不完美性成為「量子黑客」的主要攻擊點，國際上多個小組提出了「時間位移攻擊」「死時間攻擊」和「強光致盲攻擊」等針對探測系統的攻擊方案。雖然所有已知的量子黑客攻擊，均可通過對現有量子密碼系統的適當改造加以防禦，但在理論上安全隱患仍然存在。是否有一個量子密鑰分發系統可以從根本上解決所有針對探測系統的攻擊？

基於這一構想，潘建偉小組發展了獨立雷射光源的幹涉技術，並與史丹福大學聯合開發了迄今最先進的室溫通信波段單光子探測器——基於周期極化鈮酸鋰波導的上轉換探測器。在此基礎上，結合馬雄峰教授的理論分析，在世界上首次實現了測量設備無關的安全量子密鑰分發。該實驗先天免疫於任何針對探測系統的攻擊，完美地解決了探測系統的安全隱患問題。另外，該實驗系統同時保證了非理想光源系統的安全性。該工作在實用化量子通信領域具有重要意義。(梁坤)

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