近日，济南量子技术研究院王向斌、张强等研究人员与合作单位合作，首次实现了侧信道无关量子密钥分发的实验验证，该成果于2022年5月13日发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》上。该成果可以抵御任何针对现实量子密钥分发（QKD）实验系统探测端和源端出射光子的侧信道攻击，在提升QKD现实安全性方面迈出了成功的一步。

QKD基于量子力学基本原理，理论上可以产生无条件安全的密钥。然而，实验实现和理论之间存在很大差距。在实际的QKD系统中，由于现实器件的不完美，窃听者可以利用编码维度以外的侧信道来窃取密钥，这给现实的QKD系统留下了潜在的安全性漏洞。2012年测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）协议的提出将QKD系统探测端的安全性漏洞完全关闭，但是从源端出射的光子仍然可能遭受侧信道攻击，从而降低现实系统的安全性。

2019年，我院王向斌教授在自己“发送”或“不发送”双场量子密钥分发协议的基础上，通过将无侧信道安全性漏洞的理想光源映射到现实的不完美光源上，提出了一种侧信道无关的QKD协议，该协议不仅可以抵御任何针对QKD系统源端出射光子的侧信道攻击，还继承了MDI-QKD协议免疫任何针对探测端攻击的特点，具有很高的安全性等级。

研究组基于该理论协议，利用时频传输等关键技术精确控制两台独立激光器的频率，采用简单易行的“发送”或“不发送”方式编码光脉冲，并利用相位参考光来估计和补偿光纤的相对相位快速漂移，最终在50公里光纤中实现了侧信道无关的量子密钥分发。该研究成果表明，利用现有的商用产品和成熟技术，可以在现实QKD系统中实现同时免疫任何针对源端出射光子和探测端的侧信道攻击。此外，研究组也分析了在提高实验系统性能的条件下，该方案可以进行超过170公里的侧信道无关量子密钥分发。

《物理评论快报》杂志审稿人评价这项工作“在解决QKD领域中一个长期存在的问题——实现安全性问题——方面有很大的帮助。”（“ appear to go a long way to addressing a long-standing problem in the QKD community – namely the issue of implementation security.”）。

论文链接：

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.128.190503

该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、山东省重点研发计划项目、山东省泰山学者建设工程、济南市和济南高新区的资助。