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中國科大在《現代物理評論》上發表量子保密通信綜述論文

發布時間:2020-06-01來源于:中國科學技術大學

5月26日,中国科学技术大学潘建伟及其同事徐飞虎、张强,与清华大学马雄峰、多伦多大学Hoi-Kwong Lo等,应邀在囯际物理学权威综述期刊、美国物理学会的《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上发表题为“基于现实器件的安全量子密钥分发”(Secure quantum key distribution with realistic devices)的长篇综述论文。该论文系统阐述了量子密码的原理、理论和实验技术,并指出,经过全球学术界三十余年的共同努力,现实条件下量子密码的安全性已经建立起来,尤其是测量器件无关等量子密钥分发协议的提出,彻底关闭了量子密码在物理实现过程中可能出现的安全性风险,为实现基于现实器件的安全量子密码铺平了道路。此论文为量子密码的广泛应用以及标准化制定奠定了坚实基础。

量子通信是量子信息科學的重要分支,它是指利用量子比特作爲信息載體來進行信息交互的通信技術。量子通信中最典型的應用方式之一是量子保密通信(量子密鑰分發)。量子密鑰分發可以提供一種原理上安全的通信手段,是迄今唯一的安全性得到嚴格證明的通信方式,也是首個從實驗室走向實際應用的量子信息技術。它已經成爲物理學最有活力的前沿研究方向之一。經過我國科學家的長期努力,成功發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”,並完成了國際上最大規模的量子保密通信光纖網絡“京滬幹線”,這一系列研究成果使我國在這一領域處于國際領先地位。

近年來,隨著量子密鑰分發逐步走向實用化研究,量子密鑰分發的現實安全性得到了國際上的廣泛關注。主要研究實際系統中的器件並不完全符合協議的數學模型而引入的潛在安全性風險和解決方案。這其中湧現了很多關于量子安全攻防的研究,以及多個新型的量子密鑰分發協議。其中,潘建偉團隊在國際上首次實驗實現多個重要的新型協議,包括誘騙態、測量器件無關和雙場等協議,極大的推動了量子密鑰分發的現實安全性。

中国科大潘建伟等受邀为《现代物理评论》撰写的综述论文长达60页。文章详细回顾了量子密码的发展历史,深入讨论了量子密钥分发的现实安全性,并展望了量子密钥分发技术的未来发展趋势。正如《现代物理评论》杂志专门发布的评论所指出:在科学家的长期共同努力下,国际学术界在现实条件下量子密钥分发的理论和实验上都取得了重要的进展,现实安全性得到了彻底的提升(“Security has been thoroughly enhanced, as a consequence of both theoretical and experimental advances.”);这篇论文描述了当前最优的量子安全理论,以及实际保证量子密码系统现实安全性的方法和关键技术(“This review gives both sides of the story, with the current best theory of quantum security, and an extensive survey of what makes quantum cryptosystem safe in practice.”)。

《現代物理評論》是國際物理學界最權威的綜述性期刊,近五年平均影響因子超過40,每年僅發表約四十篇學術論文。該期刊一般不接受自由投稿,主要是邀請在各領域卓有建樹的物理學家執筆,旨在對當今物理研究的重大熱點問題做曆史總結、原理闡述、現狀分析和趨向預測。論文需經過國際同行的匿名評審方可發表。此論文是潘建偉團隊繼2012年在《現代物理評論》發表“多光子糾纏和幹涉度量學”之後的第二篇綜述論文,也是我國量子信息科學領域在該期刊發表的第二篇綜述論文,標志著我國在量子通信方面繼續保持國際領先地位。

 

論文鏈接:https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.92.025002

 

(合肥微尺度物質科學國家研究中心、物理學院、中科院量子信息與量子科技創新研究院、科研部)