国外团队首次演示量子会议密钥协议,解决传统QKD仅能两方通信的技术瓶颈

技术研究 量科网 2021-06-05 15:48

由英国国家量子技术计划资助的量子通信中心(Quantum Communications Hub)的研究人员和其德国的同事一起合作,在世界上首次完成了实验性量子会议密钥协议的演示,实现了在四方之间同时进行量子加密安全通话,让世界离终极安全的电话会议更近了一步。这项演示由赫瑞瓦特大学(Heriot-Watt University)的研究人员领导,该研究成果发表在6月2日的《科学进展》杂志上。

国外团队首次演示量子会议密钥协议,解决传统QKD仅能两方通信的技术瓶颈
量子会议密钥协议方案及实验布局图

据了解,该量子通信中心是一个量子技术研究中心,它是英国国家量子技术计划的一部分,旨在加速所有距离范围内量子安全通信技术和服务的开发和商业化。该中心是由8所英国大学和13家工业合作伙伴组成的合作体,在其第一阶段(2014-2019年)的5年内已获得2400万英镑的资金。

有报道称,因COVID-19疫情原因从去年开始流行的电话会议平台,其受到的网络攻击已经显著开始上升。随着量子安全通信的技术进步,为了解决潜在的网络攻击问题,电话会议以后可能会采用以量子力学原理为基础的,在理论上不可破解的安全措施。

领导赫瑞瓦特大学团队的Alessandro Fedrizzi教授说:“我们早就知道了被阿尔伯特·爱因斯坦称为‘幽灵般的超距作用’的量子纠缠可用于分发安全密钥。我们所做的这项工作,它是第一个多用户同时进行‘超距作用’的实现例子,未来的量子互联网将能够利用这一点。”

加密通信依赖于加密密钥的共享。大多数系统中使用的密钥相对较短,因此可能会被黑客破解,并且密钥分发过程容易受到快速发展的量子计算机的越来越大的威胁。日益严重的数据安全威胁需要新的、安全的密钥分发方法。名为量子密钥分发(QKD)的一种成熟量子技术已在网络场景中部署,它利用量子力学的特性来保证加密密钥的分发安全。

QKD被用于确保通信安全已有超过三十年的时间,通过地面光纤已能进行超过400公里的量子加密通信,最近甚至开始用天际卫星进行QKD通信。然而值得一提的重点是,现在这些通信只是发生在两方之间,因此量子通信技术的实用性受到了限制,急需研究与促进多用户之间的安全对话。

该团队展示的这套系统利用了量子力学的一个关键特性:“纠缠”,它在两个或多个量子系统之间提供了比我们日常生活中熟悉的任何关联性质还要更强的相关联性,即使这些系统相隔很远,也能通过纠缠产生关联。利用多方纠缠,该团队在被称为“量子会议密钥协议”的过程中在四方之间同时进行了密钥共享,解决了传统QKD系统只能在两个用户之间共享密钥的限制。研究人员第一次演示召开了量子电话会议,四方共享了一张柴郡猫的图像,他们彼此之间用光纤相连并相隔长达50公里。

“量子通信中心”基于纠缠的量子网络的这个演示,只是为创建未来量子安全网络而进行的一个大型工作计划的一部分。与标准的两方QKD方法相比,该技术有可能会大大降低量子网络中电话会议的资源成本。它是量子互联网预期能实现效益的首个例子之一,有望为未来全球分布式的量子节点系统提供纠缠资源。(编译: Qtech)