潘建伟团队RMP重磅论文:量子密码现实安全性彻底提升

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潘建伟团队RMP重磅论文:量子密码现实安全性彻底提升

5月26日,中国科研团队在国际物理学界最权威的综述性期刊《现代物理评论》(Reviews of Modern Physics)上发表了一篇题为“基于现实器件的安全量子密钥分发”(Secure quantum key distribution with realistic devices)的长篇综述论文,系统阐述了量子密码的原理、理论和实验技术,回答了“量子密码破译者能否通过利用辅助渠道成功破解真实系统”以及“量子密码制造者是否能够设计创新对策来挫败量子密码破坏者”等问题。

研究人员指出,过去三十年里,量子密钥分发(QKD)的理论和实践得到了广泛发展。他们倾向于认为,现实条件下量子密码的安全性已经建立起来。这篇综述中所涉及的技术理论和实验,将为量子密码的广泛应用以及标准化制定奠定基础。

现实条件下的安全性

这篇长达60页的综述论文由中国科学技术大学潘建伟及其同事徐飞虎、张强,与清华大学马雄峰、多伦多大学Hoi-Kwong Lo等共同撰写,历时近两年完成。研究者指出:“经过无数次尝试,研究人员现已全面了解并能处理设备不完善的实际缺陷,尤其是测量器件无关等量子密钥分发协议的提出,彻底关闭了量子密码在物理实现过程中可能出现的安全性风险,为实现基于现实器件的安全量子密码铺平了道路。”

“这篇论文发表的意义重大,主要体现在两方面,其一是代表了国际物理学界对中国量子通信领先世界的极大认可;其二是为量子通信标准化的制定指明方向。”一位前中国科学技术大学量子通信领域研究人员告诉第一财经记者。

量子通信是量子信息科学的重要分支,量子通信中最典型的应用方式之一就是量子密钥分发(QKD)。量子密钥分发可以提供一种原理上安全的通信手段,也是首个从实验室走向实际应用的量子信息技术,并已成为物理学最有活力的前沿研究方向之一。

“理论安全性方面,量子密钥分发系统主要采用诱骗态BB84协议,其原理上的安全性早在2002到2005年间就得到严格证明。”一家中国量子通信领域企业向第一财经记者评论称。

近年来,随着量子密钥分发逐步走向实用化研究,量子密钥分发的现实安全性受到国际上的广泛关注,尤其关注量子安全攻防的研究以及多个新型的量子密钥分发协议。潘建伟团队在国际上首次实验实现多个重要的新型协议,包括诱骗态、测量器件无关和双场等协议,极大的推动了量子密钥分发的现实安全性。

去年,包括诺贝尔物理学奖和沃尔夫物理学奖获得者在内的数百位国际学者在共同发表的《合肥宣言》中指出,经过国际学术界二十余年的共同努力,量子保密通信的理论和现实安全性都已很好地建立。

但业内对量子密码的现实安全性能否被严格证明仍然未达成共识,还存在一些疑问。一位长期从事量子通信研究工作的专家对第一财经记者表示:“量子密码的范围很广,量子密钥分发只是其中的一种,量子密钥分发有很多种协议,其中有些得到严格的理论证明,有些还在发展。量子密码的现实安全性漏洞从发现以来,基本所有漏洞都得到了解决,可以说现实安全性得到保证,但由于现实设备的不完善使得这种现实安全性未能被严格证明。”

推动量子通信标准化制定

这篇最新发表的论文是潘建伟团队继2012年在《现代物理评论》发表“多光子纠缠和干涉度量学”之后的第二篇综述论文,也是我国量子信息科学领域在该期刊发表的第二篇综述论文,标志着我国在量子通信方面继续保持国际领先地位。

《现代物理评论》杂志为潘建伟团队论文撰写的评论中指出:“在科学家的长期共同努力下,国际学术界在现实条件下量子密钥分发的理论和实验上都取得了重要的进展,现实安全性得到了彻底的提升。这篇论文描述了当前最优的量子安全理论,以及实际保证量子密码系统现实安全性的方法和关键技术。”

经过我国科学家的长期努力,中国成功发射了世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,并完成了国际上最大规模的量子保密通信光纤网络“京沪干线”,这一系列研究成果都为量子通信实现产业化奠定了重要基础。

但量子通信技术要规模化应用还需要在现实条件下安全性测评的基础上构建标准体系。目前,国际电信联盟(ITU)提出制定量子密码安全的国际评估标准的构想已经获得了国际标准化组织(ISO)批准、欧洲电信标准化协会(ETSI)也在开展量子密钥分发(QKD)相关的标准化工作。

“量子通信的标准化制定仍在初期阶段,产业的需求推动了标准化的发展。”国科量子马彰超博士对第一财经记者表示,“标准化为大规模推广应用提供了基础,中国作为标准化的重要参与者,这两年在标准制定方面明显加速了。”

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