中國科學技術(shù)大學教授、中國科學院院士郭光燦領(lǐng)導的中科院量子信息重點實驗室在探測設備無關(guān)型量子密鑰分配的研究方面取得新進展：該實驗室量子密碼研究組的銀振強、王雙、韓正甫、陳巍等在國際上首次實現(xiàn)了無需參考系校準的測量設備無關(guān)型量子密鑰分配（MDI-QKD）實驗系統(tǒng)，顯著增強了系統(tǒng)的實際安全性和工作穩(wěn)定性，對推動此類設備無關(guān)型量子密鑰分配技術(shù)在實際環(huán)境中可靠、穩(wěn)定的應用具有重要意義。該研究成果作為編輯推薦發(fā)表在10月15日的《物理評論快報》上，實驗室的博士生王超、宋蕭天是該系列工作的共同第一作者。
       量子密鑰分配基于量子力學的原理，可以在信息論的層面實現(xiàn)通信雙方之間無條件安全的密鑰傳輸。但是由于實際器件和設備的不完美，量子密鑰分配實際系統(tǒng)的安全性與理論協(xié)議之間存在著一定的差距。從協(xié)議層面而不只從技術(shù)參數(shù)對抗的角度解決系統(tǒng)的實際安全問題，是當前研究者探討的重點之一。2012年，加拿大H. K. Lo研究組提出了MDI-QKD協(xié)議。該協(xié)議無需對測量端的量子設備進行任何安全性假設，就能夠有效地免疫所有探測端攻擊，有效提升了量子密鑰分配系統(tǒng)的實際安全性，受到了國際上的廣泛關(guān)注。
       然而，與BB84等協(xié)議類似，該協(xié)議的有效執(zhí)行需要量子態(tài)制備與測量時的參考基準（參考系）嚴格一致，否則將產(chǎn)生系統(tǒng)誤碼，極大地降低安全密鑰生成率并造成安全隱患。由于系統(tǒng)收發(fā)各方所處的環(huán)境不同且在不斷變化，因此通信雙方或者多方之間參考系的校準是必不可少的。參考系校準過程將消耗更多的系統(tǒng)資源，且有可能引入額外的安全隱患。特別是在復雜的網(wǎng)絡應用環(huán)境下，多個參考系之間的校準工作將可能嚴重的影響其有效的密鑰生成能力和穩(wěn)定性。
       研究組基于MDI-QKD協(xié)議中的Bell態(tài)投影測量的思想，通過將經(jīng)典信息編碼到光子路徑這一物理量上，有效地避免了環(huán)境干擾對編解碼的影響，設計了無需參考系校準的MDI-QKD協(xié)議。協(xié)議通過對路徑中的編解碼單元進行相位調(diào)制和解調(diào)，可以有效地監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)和安全參數(shù)。課題組進一步基于具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“法拉第-邁克爾遜”干涉儀結(jié)構(gòu)，通過對其增加光量子高速路徑選擇單元，實現(xiàn)了滿足MDI-QKD要求的環(huán)境干擾免疫的光量子相位編解碼干涉儀。研究組同時解決了獨立光源量子干涉、異地時鐘精準同步、線路自動糾偏等MDI-QKD系統(tǒng)實現(xiàn)中的關(guān)鍵技術(shù)問題，首次在實驗上有效驗證了無需參考系校準的MDI-QKD協(xié)議的安全性和穩(wěn)定性。實驗結(jié)果證實這一方案可以有效降低通信者之間對參考系校準的要求，避免了在參考系校準過程中引入額外的系統(tǒng)開銷或安全隱患，可以有效提升測量設備無關(guān)量子密鑰分配技術(shù)在復雜網(wǎng)絡環(huán)境下的可用性。