2016-11-02
日前，我校激光光谱研究所在nature旗下期刊《light: science & applications》上发表了他们在量子安全直接通讯领域最新研究成果。该论文的第一署名单位为山西大学，合作单位为清华大学，第一作者为激光光谱研究所博士研究生胡建勇。
量子安全直接通信(quantum secure direct communication, qsdc)通过量子信道在合法的通信者之间直接实现传递经典信息的通信，它与量子密钥分发、量子秘密共享并列，是量子通信的重要研究方向之一。与量子密钥分发的过程不同, 在量子安全直接通信过程中通信双方不需要事先建立密钥而是直接完成秘密信息的安全传输。清华大学龙桂鲁教授研究小组于2000年提出了第一个量子安全直接通信的协议，利用量子纠缠态实现安全的直接量子通信；2003年提出了著名的两步量子安全直接通信方案，并且给出了量子安全直接通信的条件和标准；2004年提出了基于单光子的量子安全直接通信方案(dl04协议)。
单光子传输过程中存在的噪声和损耗限制了量子保密通信在实际应用中的物理实现。最近，我校激光光谱研究所肖连团教授实验课题组与龙桂鲁教授理论小组开展合作研究，有效地解决了噪声环境下的量子安全直接通信这一关键问题。他们首次提出基于频率编码的dl04量子安全直接通信方案(freco-dl04协议)并实现了信息的高效传输。基于单光子频率编码技术巧妙地利用了被调制的光子序列在频域内的统计特性，将信息编码在光子序列的频谱上，从而消除了信道损耗和噪声的影响，实现了高噪声和高损耗条件下的量子直接通信。他们的方案利用了单光子频谱多自由度的特点，还实现了量子安全直接通信的多通道信息传输。
图1 基于单光子频率编码的freco-dl04量子安全直接通讯实验系统
图2 不同平均光子数用于信息安全传输的通信长度
该工作证明了量子安全直接通信在实际系统中的可行性，提供了一种无条件安全的信息传输策略，为量子安全直接通信的实用化提供了新的技术路线。自然出版集团在这篇文章公开发表的同时，在其latest research summary专栏上刊出了关于它的介绍文章，对该成果给予了高度的评价。该工作已经得到国内外的重视，在预印网站arxiv（arxiv:1503.00451）上公开发表后已被他引8次。
《light: science & applications》位列中科院jcr期刊分区一区，2014年影响因子为14.603，属于光学领域的国际顶级学术期刊，在所有光学期刊中排名第二。
论文链接：http://www.nature.com/lsa/journal/v5/n9/full/lsa2016144a.html