量子密钥分发

量子密钥分发可以为分隔两地的用户提供无条件安全的共享密钥。从1984年第一个量子密钥分发协议（BB84协议）提出以来。量子密钥分发虽在理论上具有无条件安全性，但由于原始方案要求使用理想的单光子源和单光子探测器，在现实条件下很难实现，这导致现实的量子密钥分发系统可能存在各种安全隐患。

1、理论基础

量子密钥分发以量子物理与信息学为基础，被认为是安全性最高的加密方式。

实现该成果的是由中国科大院士潘建伟及其同事张强、陈腾云与清华大学马雄峰等组成的联合研究小组。他们利用与美国斯坦福大学联合开发的高效低噪声上转换单光子探测器，在国际上首次实现了测量器件无关的量子密钥分发，成功解决了现实环境中单光子探测系统易被黑客攻击的安全隐患，提高了现实量子密钥分发系统的安全性。

2、研究进展

量子密钥分发虽在理论上具有无条件安全性，但由于原始方案要求使用理想的单光子源和单光子探测器，在现实条件下很难实现，这导致现实的量子密钥分发系统可能存在各种安全隐患。

2007年，潘建伟小组在国际上首次实现百公里量级的诱骗态量子密钥分发，成功解决了非理想单光子源带来的安全漏洞，但随后探测器的不完美性成为“量子黑客”主要攻击点，国际上多个小组提出了“时间位移攻击”“死时间攻击”和“强光致盲攻击”等针对探测系统的攻击方案。虽然所有已知的量子黑客攻击均可以通过对现有量子密码系统的适当改造加以防御，但在理论上，安全隐患仍然存在。基于这一构想，潘建伟小组发展了独立激光光源的干涉技术，并与美国斯坦福大学联合开发了国际上迄今为止最先进的室温通信波段单光子探测器——基于周期极化铌酸锂波导的上转换探测器。在此基础上，结合清华大学马雄峰教授的理论分析，在世界上首次实现了测量设备无关的安全量子密钥分发，该实验先天免疫于任何针对探测系统的攻击，完美解决了探测系统的安全隐患问题。另外，该实验系统兼顾采用诱骗态方案，保证了非理想光源系统的安全性。

2016年11月，中国科技大学潘建伟及其同事张强、陈腾云，清华大学王向斌以及中科院上海微系统所、济南量子技术研究院等单位科研人员合作，在国际上首次实现超过400公里抵御量子黑客攻击的测量设备无关量子密钥分发。该成果发表在物理学权威学术期刊《物理评论快报》上，被选为编辑推荐（Editors'Suggestion），并被美国物理学会下属《物理》杂志报道。该成果极大地推动了兼顾安全和实用的远距离光纤量子通信的发展。

3、重要意义

该工作在实用化量子通信领域具有重要意义，被审稿人称赞为“该领域的重要贡献”。《物理评论快报》还以新闻发布的形式向科技界新闻媒体重点推介了该工作，包括美国的着名权威学术期刊《科学》杂志、美国物理学会下属《物理学观点》栏目和英国着名新闻刊物《经济学人》在内的多家欧美科技新闻媒体都对此进行了专题报道。