南京大学物理学院马小松、祝世宁团队实现多用户的量子会议密钥分发

传统的量子密钥分发协议能够为两用户提供安全密钥，量子会议密钥分发协议则在此基础之上将更多用户纳入量子通信网络，并能使参与通信的用户安全地共享相同的密钥。在未来的量子网络构想中，量子会议密钥分发是重要的组成部分。近日，南京大学马小松、祝世宁团队在实验上实现了基于四强度诱骗态方法的测量设备无关量子会议密钥分发网络。该工作推进了对多用户量子保密通信网络的研究，为未来实现长距离，多用户，可扩展的实用化量子通信网络奠定了基础。

量子会议密钥分发协议需要在参与通信的用户间建立多方量子关联以保证安全性。相比直接制备并分发多光子纠缠态的协议，基于纠缠态投影测量和后选择的测量设备无关协议能够免疫所有针对探测端的攻击，因而具有更高的安全性与实用性。该协议于2015年首次由陈增兵教授团队提出（Phys. Rev. Lett. 114, 090501），但由于诸多实验技术上的难点，其一直未能在实验上实现。

图1：实验装置示意图

为了实现测量设备无关量子会议密钥分发协议，研究团队一方面在理论上将原始的三强度诱骗态协议改进为了四强度诱骗态协议。在发送脉冲数有限且符合计数率较低的情况下，新的四强度诱骗态协议的安全密钥率相较原协议有明显提升，同时通信距离也有显著增加。另一方面，研究团队在理论上研究并在实验上实现了弱相干光脉冲GHZ态投影测量中的多光子干涉现象。研究团队搭建了三用户通信网络，并最终分别在系统整体损耗约为14.1dB，17.8dB和21.5dB的情况下获得了约7.54bps，1.17bps和0.097bps的会议密钥率。近期，南方科技大学团队完成了相关工作（Phys. Rev. Lett. 133, 210803），与本工作一起推进实用化、多用户量子网络的发展。

图2：会议密钥成码结果

相关研究工作近期以“Experimental measurement-device-independent quantum cryptographic conferencing” 为题发表在国际学术期刊Physical Review Letters上。南京大学物理学院博士研究生杜一峰为文章第一作者，刘昱凤同学、杨承东同学、郑晓冬同学对本文亦有重要贡献。南京大学物理学院马小松教授为该文章的通讯作者。南京大学祝世宁院士对该工作进行深入指导。这项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省自然科学基金前沿技术计划、中央高校基础研究基金和量子科学技术创新计划等基金项目的资助。同时这项工作得到了南京大学物理学院、固体微结构国家重点实验室、人工微结构科学与技术协同创新中心、江苏省物理研究中心、中国科学技术大学量子信息和量子物理协同创新中心和合肥国家实验室的支持。

课题组链接：https://qoqi.nju.edu.cn/

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.134.040802