科学家实现非对称模式配对量子密钥分发
近日，华东理工大学能源化工过程智能制造教育部重点实验室的曹竹及其研究小组取得一项新进展。经过不懈努力，他们实现非对称模式配对量子密钥分发。相关研究成果已于2024年1月2日在国际知名学术期刊《物理评论A》上发表。
据悉，模式配对量子密钥分发（MP-QKD）在不需要全局锁相的情况下，能够超越无中继速率-透射率界（Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi界），展现出显著的灵活性。然而，MP-QKD要求两个信道的通信距离相等，这在实际情况中是一个具有挑战性的要求。
为了解决这一限制，该研究团队将原来的MP-QKD扩展到不对称情况。研究人员通过诱饵态估计验证，即使在不对称信道传输和强度的情况下，协议的安全性也不会受到影响。他们特别关注了脉冲强度关系这一关键因素，以优化非对称MP-QKD的性能。与以前的非对称协议不同，非对称MP-QKD中不同碱基的强度不能解耦。
为此，研究人员提出了一种适用于各种情况的理想脉冲强度计算方法，旨在提高密钥率。仿真结果表明，该方法在不同代表性场景中均能有效地降低不对称信道距离对MP-QKD性能的影响，从而增强了其在实际应用中的适用性。
附：英文原文
Title: Asymmetric mode-pairing quantum key distribution
Author: Zeyang Lu, Gang Wang, Chan Li, Zhu Cao
Issue&Volume: 2024/01/02
Abstract: Mode-pairing quantum key distribution (MP-QKD) can surpass the repeaterless rate-transmittance bound (Pirandola-Laurenza-Ottaviani-Banchi bound) without requiring global phase locking, exhibiting remarkable flexibility. However, MP-QKD necessitates equal communication distances in two channels, which is a challenging requirement in practical applications. To address this limitation, we extend the original MP-QKD to asymmetric cases. Our decoy-state estimation confirms that asymmetric channel transmittances and asymmetric intensities do not compromise the security of the protocol. We focus on the pulse-intensity relationship, a key factor for optimizing the performance of asymmetric MP-QKD. Unlike previous asymmetric protocols, the intensities of different bases in asymmetric MP-QKD cannot be decoupled. We introduce an optimal-pulse-intensity method, adaptable to various scenarios, to enhance key rates by calculating ideal pulse intensities. Simulation results in various representative scenarios indicate that our method effectively reduces the impact of asymmetric channel distances on MP-QKD performance, enhancing its practical applicability.
DOI: 10.1103/PhysRevA.109.012401
Source: https://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.109.012401
来源：科学网 小柯机器人