发布时间:
2024-08-26
济南量子技术研究院刘洋、张强与中国科学技术大学潘建伟院士,中国科学院上海微系统所王震、尤立星及新加坡国立大学Juan Miguel Arrazola、Ignatius William Primaatmaja等国内国际研究团队合作,验证了在进行经典通信的光纤中,可利用强光产生的非线性噪声作为背景,进行量子安全隐蔽通信。该研究成果于2024年8月发表在国际学术期刊《IEEE 无线通信期刊》(IEEE Wireless Communications)上。
“隐蔽通信”技术通过隐藏待传输的信息,使窃听者无法得知“用户是否进行了通信”。传统的隐蔽通信方法包括将信息隐藏在视频和图像中的隐写术,或通过使用跳频和扩频等技术的隐蔽信道等。然而,这些方法通常无法保证绝对的安全性。“量子隐蔽通信”方案将信息编码到单光子水平的相干态,隐藏在信道噪声之中。采用这种协议,即使窃听者具备量子能力,也能确保通信双方秘密传输信息,实现安全性可证明的隐蔽通信。
图1:量子隐蔽通信实验系统原理图
在光纤通信中,经典强光信号通常会产生不同波长的非线性噪声。这种噪声会影响光纤中传输的经典或量子通信信号的质量,是一种负面因素。然而,在隐蔽通信中,这种噪声可以成为隐藏信号的理想噪声源。在这项工作中,研究团队采用了新加坡国立大学提出的方案,利用经典通信过程中产生的非线性噪声,实现了“量子隐蔽通信”。
图2:远距离量子密钥分发实验成码率结果图
该实验将35个待传输比特(代表字符串“CQTUSTC”)编码到随机分布在1.56×10¹² 个隐蔽脉冲中的68,651个位置。每个隐蔽脉冲平均引起的强度变化为1.54×10⁻⁹ 个光子,对应安全因子ε=0.014。经过链路传输后,接收端探测到578个有效事件。通过多数投票解码,实验成功还原了所有隐蔽传输的原始消息比特。此外,本研究还验证了采用 GPS 进行远程时间校准的方案,有效避免了时间同步过程中可能引起的信息泄露。
这一实验结果不仅展示了量子隐蔽通信的可行性,还为未来安全隐蔽通信提供了技术基础。
该工作得到了自然科学基金委、中科院和山东省等资助。
论文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/10628025/