具有相敏放大器的连续可变的独立于测量设备的量子中继网络

量子密钥分发（QKD）是近年来在量子通信领域取得显著进展的技术之一，其目标是开发能够让可信的合作伙伴安全共享随机秘密密钥的协议。然而，实现可扩展量子网络在实践中仍面临一些难题。本文提出了一个解决方案，即在连续变量测量设备独立（CV-MDI）系统中部署相敏放大器，旨在建立一个高效率的量子网络。通过提出一个改进的CV-MDI协议，使用与光学放大器结合的纠缠粒子态（EPR态），可以实现一个实用的量子网络方案。在这种方案中，合法参与者通过不安全的链路使用EPR态连接一个不可信的中继，并在中继站点应用多纠缠态的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态分析，从而创建秘密相关性。尽管中继可能被完全破坏，且不完美的链路易受到强力攻击，但合法参与者仍能从网络通信中提取出秘密密钥。数值模拟表明，在非对称场景下也能实现量子网络通信，满足实际量子网络的需求。此外，本文还展示了使用光学放大器能够补偿固有缺陷，并提高CV-MDI系统的秘密密钥率。 文章提出了一个连续变量测量设备独立量子中继网络的概念，该网络采用了相敏放大器，这是用于增强量子通信信号的一种装置。相敏放大器对量子网络中的信号进行放大处理，同时还能保持量子态的相干性。这样的技术特别重要，因为它可以在不引入额外噪声的情况下，提高量子信号的强度，从而使信号可以在较长的距离上传播而不损失其量子信息。本文中提到的使用EPR态和GHZ态进行量子网络方案的构建，涉及到量子纠缠的性质，即两个或多个量子系统之间存在一种强烈的关联，即使将它们相隔很远的距离，对其中一个系统的测量也会立即影响到另一个系统。 文章还探讨了量子网络中常见的攻击方式及其对系统安全性的威胁。由于网络中的链路可能存在不完美之处，这些不完美之处可能会受到强力攻击，使得网络通信的安全性受到威胁。然而，通过使用多纠缠态的GHZ态分析，即使在中继可能被篡改的情况下，合法参与者依然可以安全地从网络中提取出秘密密钥。 此外，文章中提到的光学放大器能够在补偿固有缺陷的同时提高系统的秘密密钥率，这对于构建高效的量子网络是至关重要的。在量子通信中，密钥率是指合法参与者可以安全生成的密钥的数量，而高密钥率意味着高效率和高安全性。光学放大器的使用可以在一定程度上抵消量子信号在传输过程中的衰减和噪声干扰，从而提高通信链路的性能。 研究者通过数值模拟验证了所提出的协议和方案的实用性，表明即使在非对称场景下，即网络参与方之间的链路质量存在差异的情况下，量子网络通信也是可行的。这对实际的量子网络应用场景具有重要意义，因为在现实世界中很难保证每个网络链路都具备完全相同的质量。 通过电子邮件地址"***"，我们可以联系到研究团队中的Ying Guo教授，他是来自中南大学信息科学与工程学院的研究人员，同时也是新南威尔士大学工程与信息技术学院的成员。这表明这项研究涉及了跨国合作，集成了不同研究机构的专长，以推动量子网络通信技术的发展。