近期我院量子信息与量子通信团队与中山大学孙仕海团队合作，在具有源和检测缺陷下的量子密钥分发实验方面取得重要进展，研究论文“具有源和检测缺陷的安全量子密钥分发的实验研究”（Experimental study of secure quantum key distribution with source and detection imperfections）被《Physical Review A》 杂志接收发表。

量子密钥分发(QKD)以量子物理原理为保证，是未来安全信息通信技术的一种很有前途的解决方案。然而，器件的缺陷影响了现实中量子密钥分配系统的安全性，限制了量子密钥分配系统的广泛应用。为了保证实际设备下的安全量子密钥分发，人们也提出了许多新的方法，比如设备无关量子密钥分发，测量设备无关量子密钥分发和安全补丁方法。

本研究基于安全补丁的方法，报告了一个同时考虑源缺陷和检测缺陷下的单诱骗态Bennett-Brassard 1984 (BB84) QKD实验。特别是，通过应用系统性能分析，我们实现了高达75公里的光纤链路上严格的有限密钥安全约束。此外，我们的研究比以往的大多数实验考虑了更多的器件缺陷，提出的理论可以推广到其他离散变量QKD系统。这些功能构成了用不完善的实用设备来确保QKD的关键一步。

相较于其它实际设备缺陷下的QKD实验，我们的工作主要在于以下几点：（1）与其它仅考虑单一缺陷的工作不同，我们的工作可以涵盖QKD系统中常见的制备不准确、诱骗态可变、特洛伊木马攻击和探测器效率不匹配等绝大多数问题，并在一个统一的安全性模型中进行讨论。（2）我们的工作考虑到了实际条件下数据量有限的情况，给出了有限长情况下的安全密钥率公式。（3）我们的工作中采用的单诱骗态方法，更容易在系统中实现。相较于传统的双诱骗态方法，我们的工作证明，即使在考虑多种缺陷的情况下，单诱骗态方法仍可以在75km处获得安全的密钥。

我们的实验系统如图一所示：

图一

图中是我们的实验系统，LD表示商用激光二极管，BS1是75:25的光纤分束器，BS2是50:50的光纤分束器，是相位调制器，CPM是自制的偏振模块，ATT是光衰减器，IS是光学隔离，PC是偏振控制器，SPD是单光子雪崩探测器，PAM是偏振分析模块，TDC是time-to-digital转换器。我们在接收端和发送端都使用保偏光纤。我们分别测量了系统发送端的制备不准确、诱骗态可辨，特洛伊木马参数以及接收端的探测效率不匹配。结果如图下所示：

表一

表一中展示了我们测量的四种缺陷参数，我们将缺陷参数考虑进密钥率模型中，并考虑有限数据量情况，密钥率结果如图二所示：

图二

蓝线是不考虑缺陷的经典GLLP曲线，黑色是本文考虑缺陷和有限长的理论曲线，红色三角是数据点。可以看出，即使在考虑多种缺陷的联合作用下，我们的安全性模型仍然可以在75km处恢复安全密钥。

该工作获得国家自然科学基金重点项目、广西科学基金项目及北京邮电大学IPOC开放基金等项目资助。

论文作者：陈烨（硕士生），黄春凤（博士生），陈子豪（硕士生），何文杰（本科生），张程贤，孙仕海，韦克金(通信作者)

论文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevA.106.022614