新发现证明SNS协议可有效抵御光源强度涨落

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4月25日，科技日报记者从济南量子技术研究院了解到，该院姜聪副研究员与清华大学王向斌教授等人合作，证明了SNS协议在有光源强度涨落时的安全性，并给出了成码率公式。数值模拟结果表明，每1%的强度波动会导致4%的成码率下降，SNS协议的成码率对光源涨落不敏感。相关研究成果发表于《国家科学评论》期刊。
SNS协议即王向斌于2018年提出的“发或不发双场量子密钥分发协议”，其在较高通道噪声下仍有较好的成码表现，之后基于SNS协议，王向斌团队又提出系列改进方法，大幅度提高了协议成码率和成码距离。SNS协议已被广泛应用于国内外实验小组的多个远距离QKD实验，包括最远距离现场光纤（511km）QKD实验和多个更远距离的实验室光纤QKD实验等。采用不可信第三方作为测量方，SNS协议可以完全免疫针对探测端的攻击，因此SNS协议光源端的实际安全性研究显得尤为重要。
在通常QKD协议的参数分析中，总是假定光源强度是稳定的。但实际上，由于光源设备的不完美性，实际光源发射的脉冲强度和预设强度之间总是存在偏差。这种偏差有时候还是非随机的，比如，光源强度可能会随着环境温度变化而缓慢漂移。非随机的强度涨落会使窃听变得更加容易。实际量子密钥分发一个极为重要的问题是：如何保证在光源强度涨落情况下的安全性？
科研人员通过（虚拟）衰减映射和拓展标记模型的方法，得到了有强度涨落时SNS协议的安全成码率计算公式。该结论仅依赖于光源强度涨落上下界值，无须知道具体的强度涨落模型，甚至允许由窃听者控制具体涨落，从而确保在任意涨落模型下的安全性。数值模拟结果表明，随着强度波动范围的增加，密钥率和最远距离略有下降。绝对PLOB界是针对具有完美检测探测器的成码率线性上界。结果表明，SNS协议在强度波动为5%时的成码率仍然可以超过绝对PLOB界限，每1%的强度波动会导致4%的成码率下降，这表明SNS协议对光源涨落具有鲁棒性。该研究成果进一步提高了SNS协议的现实安全性，促进了该协议的实用化程度。