模式匹配量子金鑰分發協定示意圖。中國科大供圖
本報訊（見習記者王敏）中國科學技術大學潘建偉院士、陳騰雲研究員等與清華大學馬雄峰副教授合作，首次在實驗上實現了模式匹配量子金鑰分發。相關研究成果近日發表於《物理評論快報》。
量子金鑰分發基於量子力學基本原理，可以實現理論上無條件安全的保密通信，囙此近幾十年來一直是學術界的研究熱點。
模式匹配量子金鑰分發協定（MP-QKD）是馬雄峰研究組於2022年提出的一種新型量測設備無關量子金鑰分發協定，要求通信雙方首先將資訊編碼在單個光學模式中，基於探測響應結果，按照一定規則進行配對，再根據配對情况進行基矢比對、參數估計等後處理操作，從而產生最終的安全金鑰。相較於原始的量測設備無關協定，MP-QKD可以將更多探測事件用於成碼，提高成碼率；相較於雙場量子金鑰分發協定和相位匹配協定，MP-QKD無需複雜的雷射器鎖頻鎖相技術，節省成本且降低了實際應用難度，同時對環境雜訊有更好的抗干擾能力。
潘建偉、陳騰雲研究組基於馬雄峰研究組提出的MP-QKD，利用極大似然估計的數據後處理方法，精確估算出兩個獨立雷射器的頻率差用於參數估計，並結合中國科學院上海微系統與資訊技術研究所研究員尤立星團隊研製的高效率單光子探測器，實現了實驗室標準光纖百公里級、兩百公里級、三百公里級以及超低損光纖四百公里級的安全成碼。相較於之前的原始量測設備無關量子密碼實驗，成碼率有明顯提升，並在三百公里和四百公里距離上提升了3個數量級。
研究成果表明，模式匹配量子金鑰分發在無需雷射器鎖頻鎖相的條件下可以實現遠距離安全成碼，且在城域距離有較高成碼率，極大降低了協定實現難度，對未來量子通信網路構建具有重要意義。