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'量子秘密共享'计划允许10个缔约方安全地沟通

10 Aug 2020
量子秘密
派对线:新协议允许10个缔约方安全地分享信息。 (礼貌:Witwatersrand大学)

允许10个缔约方安全地分享信息的“量子秘密共享”计划 - 到目前为止的最高数量 - 已由南非的研究人员制定和展示。该协议涉及每个方在光子上执行量子操作而不测量其状态,并且团队表示它可以帮助增加数据在安全量子网络上共享的速率以及有多少方面可以参与共享。

在原始量子密钥分布(QKD)协议中,两个各方称为Alice和Bob,通过在不受信任的链路上交换两个可能的底座中的一个中的偏振的光子进行通信,每个都会随机地改变他或她的发射机或接收器的偏振基。在变速器结束时,Alice和Bob彼此透露,基于它们用于测量发送和接收的光子,但不是测量的结果。 Alice和Bob然后宣布它们的结果,用于以相同的偏振以相同的光子测量的光子的样本,以检查发出的极化总是与接收的极化同意。如果是,它们可以使用它们以相同的基础测量的剩余光子以形成允许它们使用传统电信技术安全地通信的安全密码键。第三方拦截光子不可避免地扰乱他们的状态,因此一些爱丽丝和鲍勃的测量不同意,他们知道这条线被窃听。

“奥姆就像一个无限的骰子”

虽然商业QKD系统可用,但该协议有其缺点。一个是光子极化仅具有两个正交状态。这些传统上用于表示1和0,如在传统比特流中。然而,考虑到发送和检测隔离单光子的技术难度,非常希望将更多信息包装到每个光子中。因此,在新的研究中, 安德鲁福布斯 Johannesburg大学的Witwatersrand大学的同事编码了不在光子的极化中的数据,但在其轨道角动量(奥姆) - 原则上可以是无限的大的。 “极化只有两种可能性,就像一个只能是头部或尾部的硬币,”福布斯解释说,“奥姆就像一个无限的骰子。”

第二个问题是传统协议只允许成对通信。 “一旦接收器进行测量,光子被破坏,”福布斯解释说。 “从根本上看不到,您可以将该网络从超越两个人扩展。当然,收到它的人可以重复整个练习,但这不是普通网络如何工作。您希望能够将您的信息发送给多个人…如果你相信他们,你只能能够解密它。“

为了解决这种缺点,福布斯和同事创造了一个“通行包”方案,通过该计划,其中11个可能的OAM状态的叠加中的光子可以在10个方面顺序发送,最终返回原始发件人。每个方在光子的OAM上执行一组可能的预定义操作中的一组可能的预定义操作,但它们都没有测量其状态。只有在Photon完成电路之后,只有当最初发射光子(“分销商”)的方才能测量其最终状态并将其与最初传输的光子的状态进行比较。

派对跳跃光子

“在这个最终测量中,有一种方法可以看出人们是否做出了他们并不意味着的东西,”福布斯解释道。否则,每个方现在宣布在光子上执行的操作。 “这个围绕所有各方消失的Photon现在正在携带各方对它的所有信息。”

如果缔约方彼此相互信任,他们可以使用此信息来共享秘密信息,而无需将任何用于第三方的任何信息交换。 Photon的实际状态仅仅是经销商所知的。更好的是,福布斯说,它没有理论上要求所有的各方都值得信任:“在我们的实验中,我们有10个缔约方,我们将所有这些都必须相互信任,但实际上你可以有不到10的东西,但是你可以拥有不到10的东西,但你可以有不到10的东西, “福布斯说。 “所以,我可以设置它,以便信息遍布10人,但只要两个,三个或四个人相互信任,那么这些各方可以合作提取关键。这是协议的力量:以安全的方式分享和分发秘密,QKD不允许您做到。“

“安德鲁·福布斯和他的团队已经完成了杰出的工作,” 艾伦·威纳人 南加利福尼亚大学,“它正在添加一个重要的层数可以使用的重要层。这个11维,10党的沟通真的是一个很好的迈出前进。“

这项工作发表在 激光& Photonics Reviews.   

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者