Zhongguo kexue. Wulixue Lixue Tianwenxue
Advances in practical long-distance quantum key distribution
Hai Xu, Cong Jiang, Xiaolong Hu, Zongwen Yu, XiangBin WANG
Abstract
本文综述远距离实用化量子密钥分发(Quantum Key Distribution, QKD)的历史、现状和进展, 重点梳理诱骗态、测量设备无关(Measurement-Device-Independent, MDI) QKD、双场(Twin-Field, TF) QKD、“发送/不发送”(Sending-or-Not-Sending, SNS)协议与侧信道安全(Side-Channel-Secure, SCS)协议等技术路线的理论进展及其在远距离实用化 QKD 实验和工程中的应用. 诱骗态方法解决了弱相干光源多光子成分带来的安全问题,而MDI-QKD则从协议层面彻底免疫了探测端的所有侧信道攻击. 针对信道损耗导致的远距离成码瓶颈, TF-QKD和SNS协议利用中间节点单光子干涉机制使密钥率呈信道透射率的平方根标度,从而突破无中继线性界.特别地, SNS协议凭借其对相位校准误差的高容忍度, 已成功应用于千公里级光纤QKD重大实验突破、现场商用户外光纤及片上集成QKD网络等多个关键应用场景. 以SNS协议为代表的双场QKD技术框架,为推动远距离QKD从实验室研究转向实际应用提供了重要路径. SCS协议利用真空态无侧信道的特性与映射安全性框架,建立了源端全空间态的安全性,且保持测量设备无关安全性.