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科技日報記者 王延斌
25日，科技日報記者從濟南量子技術研究院了解到，該院姜聰副研究員與清華大學王向斌教授等人合作，證明了SNS協議在有光源強度漲落時的安全性，并給出了成碼率公式。數值模擬結果表明，每1%的強度波動會導致4%的成碼率下降，SNS協議的成碼率對光源漲落不敏感。相關研究成果發表于《國家科學評論》期刊。
SNS協議即王向斌于2018年提出的“發或不發雙場量子密鑰分發協議”，其在較高通道噪聲下仍有較好的成碼表現，之后基于SNS協議，王向斌團隊又提出系列改進方法，大幅度提高了協議成碼率和成碼距離。SNS協議已被廣泛應用于國內外實驗小組的多個遠距離QKD實驗，包括最遠距離現場光纖（511km）QKD實驗和多個更遠距離的實驗室光纖QKD實驗等。采用不可信第三方作為測量方，SNS協議可以完全免疫針對探測端的攻擊，因此SNS協議光源端的實際安全性研究顯得尤為重要。
在通常QKD協議的參數分析中，總是假定光源強度是穩定的。但實際上，由于光源設備的不完美性，實際光源發射的脈沖強度和預設強度之間總是存在偏差。這種偏差有時候還是非隨機的，比如，光源強度可能會隨著環境溫度變化而緩慢漂移。非隨機的強度漲落會使竊聽變得更加容易。實際量子密鑰分發一個極為重要的問題是：如何保證在光源強度漲落情況下的安全性？
科研人員通過（虛擬）衰減映射和拓展標記模型的方法，得到了有強度漲落時SNS協議的安全成碼率計算公式。該結論僅依賴于光源強度漲落上下界值，無須知道具體的強度漲落模型，甚至允許由竊聽者控制具體漲落，從而確保在任意漲落模型下的安全性。數值模擬結果表明，隨著強度波動范圍的增加，密鑰率和最遠距離略有下降。絕對PLOB界是針對具有完美檢測探測器的成碼率線性上界。結果表明，SNS協議在強度波動為5%時的成碼率仍然可以超過絕對PLOB界限，每1%的強度波動會導致4%的成碼率下降，這表明SNS協議對光源漲落具有魯棒性。該研究成果進一步提高了SNS協議的現實安全性，促進了該協議的實用化程度。
不同強度漲落幅度下SNS協議的成碼率對比。濟南量子技術研究院供圖
