【科技动态】量子网络研究取得关键性突破

约克大学（UniversityofYork）量子技术中心的科学家已经在建立可扩展、高速率、且安全的量子网...







约克大学（University of York）量子技术中心的科学家已经在建立可扩展、高速率、且安全的量子网络研究中取得了重大突破。

约克大学、丹麦科技大学（Technical University of Denmark，DTU）、麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）和多伦多大学（University of Toronto）的研究人员协同工作，已经开发出了高速大城市间距网络协议，比以往高出三个数量级。

量子密钥分配（Quantum Key Distribution ，QKD）的标准协议是利用量子比特随机序列来分发密钥，这是一种安全性完全可靠的方式。一旦这些密钥由两个远程方共享，它们就可以通过加密和解密二进制信息来进行保密通讯。该方案的安全性依赖于量子物理学中的一个基本定律——不确定性原理。

传统的通讯方式如电子邮件或者电话很容易被窃听，而基于单粒子尺度的量子通讯则可以轻易检测出窃听的情况，因为窃听会破坏或者扰乱量子信号。通过量子测量，远程方可以估算窃听者窃取了多少信息量，也能够使用合适的隐私放大协议来防止信息丢失。

然而，尽管具有长距离有效性这一优点，如同单粒子量子比特协议，基于简单量子系统的量子密钥分配协议还存在一个问题，就是密钥的生成率较低，因此不适合用于城市网络通讯。

约克大学计算机系的Stefano Pirandola博士领导的研究团队已经在理论和实验两方面克服了这一问题。他们采用的方法是使用连续变量的量子系统，这让许多量子信息得以并行传输，同时还具有探测和防御窃听的功能。这一成果发表在Nature Photonics上。

Pirandola博士说道：“如果想要一个速度快、连接快的网络，特别是服务于城市区域的系统，那么你必须要以最快的方式来传输信息，基本上就是需要宽带量子等效体。”

“连续变量系统可以使用更多光子，但是仍然是基于量子的。我们的系统达到了极高的速度，在25公里距离内，速度高出以往产品三个数量级。然而，一旦距离大于25公里，这一网络协议的有效性就会大大降低。”

“尽管还存在一些不足，我们的协议还是可以用来建立高速的量子网络，可以使得设备安全地连接到附近的接入点或者代理服务器上。”

（来源：科学之家，译审：Y Li,图片来源：chinawriter.com.cn）

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