近日，南京大学先进微结构协同创新中心固体微结构国家重点实验室陈增兵教授、尹华雷副教授课题组与北京凝聚态国家实验室合作物质物理与中国科学院物理研究所等机构提出了一种四相测量装置无关型量子密钥分发(QKD)协议，并进行了原理验证实验，证明了其可行性。

独立于测量设备的量子密钥分发的实验实现

该研究保证了协议的安全性，以防止任意来源的缺陷和对检测器的所有攻击。它还在实验实施中使用可测量参数来表征源缺陷。实验结果表明，当信道损耗为20dB时，安全密钥速率可以达到0.25kbps。

在10dB信道损耗(约50km光纤)下，密钥速率可达91kbps，可满足语音通话一次性一密加密要求。与以往考虑不完善源的测量设备无关的QKD协议相比，本研究显着提高了安全密钥速率和传输距离，展示了在设备不完善的安全QKD实际部署中的巨大应用潜力。

研究结果发表在《科学通报》上。

与经典密钥分发相比，QKD使两个相距遥远的参与者能够共享安全的密钥位，用于秘密通信的加密和解密。与一次性一密算法一起，QKD为基于量子力学定律的信息交换提供了理论上的安全性。然而，对于QKD系统的实际运行，由于理论安全假设与实际设备之间的差异，仍然存在严重的安全漏洞。

确切地说，QKD的安全性证明是在系统设备上建立假设的，由于固有的缺陷和窃听者的干扰，现实设备无法满足这一假设。这种偏差导致更多的信息泄露给窃听者，而用户无法察觉。为了缩小差异并进一步加强对设备缺陷的安全性，提出了设备无关的QKD和测量设备无关的QKD。

与设备无关的QKD通过在不对设备进行任何假设的情况下测量对贝尔不等式的违反来保证QKD的无条件安全性。最近，国际研究人员通过分别发表在《自然》和《物理评论快报》上的研究，实现了与设备无关的QKD的原理验证实验。

然而，与设备无关的QKD的实验实现仍然存在传输距离短的问题，远未在长距离传输中实现。独立于测量设备的QKD协议可以通过引入一个不受信任的中间节点来进行干扰测量，从而成功地弥补检测器上的所有漏洞。

与设备无关的QKD协议相比，测量设备无关的QKD协议不需要对中间节点做任何假设，具有更高的安全密钥率和更远的传输距离。

例如，目前测量装置无关QKD协议的世界纪录分别是尹华雷等人实现的404公里双光子干涉测量装置无关QKD和833公里单光子干涉双场QKD由王爽等人实现。独立于测量设备的QKD协议被认为是具有实用安全性和效率的最佳选择。因此，解决与测量设备无关的QKD协议中的源缺陷具有重要意义。

QKD协议中主要存在四种源缺陷，包括状态准备缺陷、模式依赖引起的边信道、特洛伊木马攻击和脉冲关联。为了解决上述源缺陷造成的漏洞，该研究采用最近提出的参考技术方法来充分表征参考源缺陷并证明四相测量设备无关QKD协议的安全性。

此外，该研究测量了表征源缺陷的参数并对协议进行了有限密钥分析，以帮助在实验中生成安全密钥率。

此外，该研究实施了原理验证实验来证明该协议的可行性。实验利用萨格纳克环自动稳定通道的相位波动，所有光纤保持偏振。