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北京经开区企业破解量子密钥难题

2023.12.25

　　近日，由北京经开区（北京亦庄）量子信息企业北京中科国光量子公司（以下简称“国光量子”）联合中科院空天信息创新研究院、浙江大学组成的科研合作团队，在量子密钥分发实用化方面取得重要进展。

　　“团队提出一种基于量子态的新型连续变量量子密钥分发帧同步方案并进行了性能分析，为进一步提高量子密钥分发的实用化提供了新思路。”国光量子董事长赵义博介绍道。

　　随着量子加密技术的不断发展，量子密钥分发系统（QKD）变得越来越重要。在量子密钥分发系统中，正确的同步是提取安全密钥的基石。同步算法通常包括位同步和帧同步，用于解决信号中采样点的正确识别和数据信号起始位的正确识别等问题。然而，由于量子信号强度微弱，接收端的信号信噪比低，从而导致信号同步成为密钥分发系统中的一个难题。

　　“对于连续变量量子密钥分发系统（CVQKD）来说，同步是最基本的要求。”赵义博表示，传统帧同步方案是通过插入预先设置的同步帧，即在量子信号前添加一段设计好的强光同步信号，接收端能够以较高的信噪比来获取同步信号。如果同步帧结构过于简单，则无法克服相位漂移带来的影响，导致同步效果急速劣化。而复杂的同步帧结构可以有效应对相位漂移，但是会增加系统调制难度和同步效率。“目前，几乎所有的帧同步方案都需要对同步帧信号进行额外的调制，增加系统的复杂度和成本。”

　　为解决上述问题，科研人员提出了一种无需调制的CVQKD帧同步方案。发送端通过公布少量的量子态，接收端利用量子态的高斯分布特性，通过构造的两组发送序列与公布的量子态进行互相关计算，即可完成帧同步。该同步方案在极低信噪比和任意相位漂移情况下，均具有较高的同步成功率，且不增加量子密钥分发系统复杂性、不降低量子信号的占空比的情况下，可以克服传统调制方案的缺点。

　　据悉，该方案可为连续变量量子密钥分发系统的应用提供更好的解决方案，提高系统的可靠性和安全性，为推动量子密钥分发系统的实用化有重要的意义。

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