【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，我校物理學(xué)院馬小松，祝世寧團(tuán)隊在多用戶量子通信研究中取得新進(jìn)展，在實驗上實現(xiàn)了異步測量設(shè)備無關(guān)量子會議密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)。該工作通過異步配對提高探測事件的利用效率，并結(jié)合頻差估計與相位漂移后補(bǔ)償技術(shù)，在無需相位鎖定的條件下實現(xiàn)了三用戶安全密鑰共享，顯著提升了系統(tǒng)的損耗容忍度，為構(gòu)建高效、實用、可擴(kuò)展的量子通信網(wǎng)絡(luò)提供了重要實驗基礎(chǔ)。
 

　　量子密鑰分發(fā)利用量子力學(xué)基本原理，為通信雙方建立安全密鑰。面向未來量子網(wǎng)絡(luò)，將兩用戶之間的安全通信拓展至多用戶之間的安全協(xié)作，是一項重要研究課題。量子會議密鑰分發(fā)協(xié)議能夠使多個參與用戶安全地共享相同的密鑰，是支撐量子網(wǎng)絡(luò)多方保密通信的基礎(chǔ)功能之一。其中，測量設(shè)備無關(guān)協(xié)議無需信任公共測量節(jié)點(diǎn)，能夠消除探測端安全漏洞帶來的威脅，因而具有重要的實用價值。然而，傳統(tǒng)測量設(shè)備無關(guān)量子會議密鑰分發(fā)依賴多光子符合探測。當(dāng)傳輸損耗增加或參與用戶增多時，有效符合事件的概率迅速降低，導(dǎo)致安全密鑰率大幅下降，制約了網(wǎng)絡(luò)通信距離和規(guī)模的進(jìn)一步拓展。
 

　　針對這一瓶頸，陳增兵、尹華磊教授團(tuán)隊及合作者提出了異步測量設(shè)備無關(guān)量子會議密鑰分發(fā)協(xié)議(Y.-S. Lu等，Reports on Progress in Physics 88, 067901 (2025))。該協(xié)議通過在數(shù)據(jù)后處理中對不同時刻記錄的單光子探測事件進(jìn)行異步配對，構(gòu)建用于密鑰生成的有效事件，從而擺脫對多光子同時符合探測的依賴，提高探測信號的利用效率。在理想的N用戶網(wǎng)絡(luò)中，安全密鑰率隨用戶單端信道透過率η的標(biāo)度關(guān)系由傳統(tǒng)偏振編碼協(xié)議的0ηN改進(jìn)為與用戶數(shù)無關(guān)的0η，為提升高損耗條件下的密鑰率、拓展多用戶量子網(wǎng)絡(luò)規(guī)模提供了新的途徑。
 

　　在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊搭建了三用戶通信網(wǎng)絡(luò)，完成了該異步協(xié)議的實驗驗證。如圖1所示，各用戶獨(dú)立制備并發(fā)送編碼光脈沖至公共測量節(jié)點(diǎn)，通過光纖多路徑干涉儀完成來自不同用戶的信號之間的干涉與單光子探測。用戶根據(jù)測量節(jié)點(diǎn)公開的探測結(jié)果與自身的編碼信息，通過單光子探測事件配對、密鑰映射與經(jīng)典后處理等過程，最終獲得共同的安全會議密鑰。
 

　　圖1 異步測量設(shè)備無關(guān)量子會議密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)概念示意圖。用戶向公共GHZ測量節(jié)點(diǎn)發(fā)送光脈沖，通過異步配對和經(jīng)典后處理獲得相同的安全會議密鑰。中央三角形光纖干涉網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不同用戶信號間的兩兩干涉與探測，用戶端相同的鑰匙圖案表示共享的會議密鑰。圖片基于實驗結(jié)構(gòu)示意圖，經(jīng)人工智能輔助繪制。
 

　　對于采用獨(dú)立激光器的通信網(wǎng)絡(luò)，激光器之間的頻率差異以及光纖干涉儀的相位漂移，都會影響干涉結(jié)果和密鑰生成。在這項實驗工作中，研究團(tuán)隊基于通過時分復(fù)用編碼的參考光脈沖，結(jié)合快速傅里葉變換估計激光器之間的頻率差，并進(jìn)一步估計多路徑干涉儀中的相位漂移，在數(shù)據(jù)后處理中完成相應(yīng)相位補(bǔ)償。在不采用相位鎖定技術(shù)的情況下，該后處理相位補(bǔ)償方法能夠?qū)⑼ㄐ胚^程中的誤碼率長時間保持在可成碼的水平，從而降低了多用戶網(wǎng)絡(luò)對復(fù)雜相位控制技術(shù)的依賴，為多用戶量子通信的實用化提供了更簡便的技術(shù)路徑。
 

　　基于上述方法，研究團(tuán)隊在總系統(tǒng)損耗約為59.6 dB的條件下實現(xiàn)了約4.470 × 10??比特/脈沖的安全會議密鑰率。相比同一團(tuán)隊此前實現(xiàn)的偏振編碼測量設(shè)備無關(guān)量子會議密鑰分發(fā)實驗(Y. Du等，Physical Review Letters 134, 040802 (2025))，系統(tǒng)可實現(xiàn)安全成碼的最大損耗由約21.5 dB提高至約59.6 dB。這一結(jié)果顯著提升了系統(tǒng)的損耗容忍度，驗證了異步配對方案在多用戶量子通信中的可行性，為進(jìn)一步延伸通信距離奠定了實驗基礎(chǔ)。
 

　　該研究將異步協(xié)議的高效成碼優(yōu)勢與無需相位鎖定的實驗方案相結(jié)合，同時推進(jìn)了多用戶量子通信的可擴(kuò)展性與實用性。作為未來量子網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)功能，量子會議密鑰分發(fā)有望支持跨區(qū)域、多參與方的安全協(xié)作。隨著集成光源、調(diào)制器和單光子探測器等技術(shù)的發(fā)展，本工作將為構(gòu)建長距離、多用戶、多功能的實用化量子網(wǎng)絡(luò)提供支撐。
 

　　相關(guān)研究成果以“Experimental Asynchronous Measurement-Device-Independent Quantum Cryptographic Conferencing”為題發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》(Physical Review Letters)。南京大學(xué)物理學(xué)院2026屆博士畢業(yè)生杜一峰為文章第一作者，2026屆碩士畢業(yè)生胡楊同學(xué)、2025屆碩士畢業(yè)生劉昱鳳同學(xué)、2025屆博士畢業(yè)生顏文涵同學(xué)、2026級碩士研究生張景浩同學(xué)對本文亦有重要貢獻(xiàn)。馬小松教授為該文章的通訊作者。祝世寧院士對該工作進(jìn)行深入指導(dǎo)。該研究獲得了合肥國家實驗室自主部署項目、江蘇省自然科學(xué)基金、量子科學(xué)與技術(shù)國家科技重大專項、教育部基礎(chǔ)學(xué)科和交叉學(xué)科突破計劃，以及南京大學(xué)—中國移動通信集團(tuán)有限公司聯(lián)合研究院的資助，并得到南京大學(xué)物理學(xué)院、固體微結(jié)構(gòu)物理全國重點(diǎn)實驗室、人工微結(jié)構(gòu)科學(xué)與技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心、江蘇省物理科學(xué)研究中心、獅山實驗室、江蘇省量子信息與技術(shù)重點(diǎn)實驗室、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)量子信息與量子物理協(xié)同創(chuàng)新中心和合肥國家實驗室的支持。
 

　　引用：物理學(xué)院馬小松、祝世寧團(tuán)隊實現(xiàn)異步測量設(shè)備無關(guān)量子會議密鑰分發(fā)-南京大學(xué)【引用時間：2026年9月28日】