山西大学光电研究所在量子安全通信领域取得重要进展

近日，山西大学光电研究所李永民教授课题组在国际上首次设计并实验验证了一种高性能被动离散态本地本振连续变量量子密钥分发方案，将被动量子密钥分发的传输距离突破至百公里。该研究有效提高了连续变量量子密钥分发的实际安全性和实用性，对构建实用化量子安全通信网络具有重要意义。相关研究成果“High-Performance Fully Passive Discrete-State Continuous-Variable Quantum Key Distribution with Local Local Oscillator”发表在Physical Review Letters上。山西大学为第一单位和第一通讯单位，其中，光电研究所博士生张瑜为论文第一作者，王旭阳副教授、李永民教授，香港应用科技研究院李晨阳博士为通讯作者。光电研究所卢振国讲师，博士生员杰、刘玮琳，北京量子信息科学研究院曾强副研究员、袁之良研究员参与了本项工作。

量子密钥分发利用量子态作为密钥的载体，能够实现信息论安全的密钥分发，其安全性来源于量子力学基本原理，任何针对量子信道的窃听行为都不可避免对携带密钥信息的量子态造成扰动，从而被合法通信双方检测发现。连续变量量子密钥分发具有与经典相干光通信技术兼容性好、易于实现光子芯片全集成、中短距离成码率高的优势，是量子城域网与接入网规模化部署的重要解决方案。

该工作提出的高性能被动离散态本地本振连续变量量子密钥分发方案利用种子注入增益开关激光器为光源，通过采用独特的相位旋转与离散化方法，无需使用主动调制器和量子随机数发生器，不仅消除了针对主动调制器和本振光的攻击，极大简化了实验系统，还具有与主动调制类方案相比拟的性能。当系统波特率为1 GHz时，在渐近安全性条件下实验实现了100 km光纤信道的量子密钥分发，安全密钥比特率达到70.7 kbps；在可组合安全性条件下实现了25 km光纤信道的量子密钥分发，安全密钥比特率达到1.66 Mbps。该工作显著提高了连续变量量子密钥分发的实际安全性和实用性，为量子城域网和量子接入网的规模化部署提供了重要解决方案。

该项工作得到国家自然科学基金，科技创新2030“量子通信与量子计算机”重大项目的支持。（通讯员：张颖）