近日，南方科技大学量子科学与工程研究院李正达副研究员课题组与合作者在基于光量子网络的多方量子通信研究中取得进展。研究团队在实验上实现了测量设备无关的量子会议密钥协商。该实验中，研究人员通过实现高可见度的独立光源三光子干涉，在关闭探测端安全性漏洞的同时获得了具有较高成码率的多方量子安全密钥。这一成果为未来在多节点量子网络中实现安全的远距离多方量子通信奠定了基础。相关成果以“Experimental Measurement-Device-Independent Quantum Conference Key Agreement”为题于2024年11月20日在国际学术期刊《Physical Review Letters》上在线发表。

量子密钥分发是量子通信网络中的一项核心技术，能够基于量子力学原理在两方之间共享不可破解的密钥，依靠基础物理学定律保障通信的安全性。同时量子通信网络也可以完成多方量子通信任务，包括量子会议密钥协商、多方量子秘密共享等。随着量子信息领域的不断发展，为了在未来组建广域量子通信网络，发展这些更复杂的量子任务有其重要性和必要性。

图1 测量设备无关量子会议密钥协商实验方案

量子会议密钥协商作为量子密钥分发的多方拓展，其目的是在所有参与方之间分发并共享一串相同的密钥，从而实现多个参与方之间内部的加解密。测量设备无关的量子会议密钥协商的优势之处在于，它可以在实现多用户之间的会议密钥分发的同时消除传统量子通信中的探测器漏洞，使得会议通信的安全性得到了大幅提升；同时，由于各个节点使用弱相干光源代替纠缠光源，且参与节点数量更为灵活，其在未来量子网络组网中存在结构、成本上的优势。

图2 实验装置示意图

实验过程中，团队研究人员在三个用户端节点（Alice、Bob和Charlie）使用独立光源生成相位随机化的脉冲序列，并引入诱骗态技术抵御针对光源的潜在攻击。实验采用基于偏振编码的方案，将量子态编码后通过总长60公里的长距离光纤传输到一个不受信任的中继节点，并在该节点进行三光子联合测量。最终，实验成功完成测量设备无关量子会议密钥协商实验，在无限码长条件下获得了45.5 bits/s的安全密钥产生速率。

这一成果是在量子网络中实现多方安全通信的重要一步，显示了该技术向实际应用迈进的潜力。未来，研究团队计划进一步优化多方量子通信协议以及实验系统参数，从而提升多方量子密钥产生速率，并拓展实验系统以适应更多用户的需求。研究的最终目标是在更复杂的量子网络中实现高效、安全的多方通信，为未来量子互联网的构建奠定基础。

深圳量子科学与工程研究院为论文第一单位，论文第一作者为深圳技术大学工程物理学院助理教授杨奎星（原深圳量子科学与工程研究院博士后），通讯作者为深圳量子科学与工程研究院副研究员李正达。该工作得到了科技创新2030-“量子通信与量子计算机”重大项目、国家自然科学基金委、深圳市科创局、广东省科技厅、南方科技大学等单位的大力支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.210803