CV-MDI-QKD载波回复方案帧结构设计

       2021年8月，上海交通大学量子感知与信息处理研究中心（QSIP）主任曾贵华教授团队在国际上研究了针对连续变量测量设备无关量子密钥分发（Continuous-Variable Measurement-Device-Independent Quantum Key Distribution，简称CV-MDI-QKD）系统的载波同步方案，解决了三方相位参考系不匹配问题，为CV-MDI-QKD在实际环境中实现奠定基础。相关工作发表在权威物理学期刊《Physical Review A》上。 

       作为连续变量量子密钥分发（CV-QKD）的一个重要分支，连续变量测量设备无关量子密钥分发（CV-MDI-QKD）协议不仅同样在密钥率、光源制备、信号调制与探测以及器件兼容性方面等具有突出优势，而且能够抵抗所有针对探测器端的侧信道攻击，具有很高的实际安全性。CV-MDI-QKD协议非常适合近距离高码率的量子网络应用，是实现测量设备无关量子密钥分发（MDI-QKD）的一种具有独特优势的方案。然而，CV-MDI-QKD协议的实际实现还尚未得到充分研究。一个重要问题是，在理论协议中假定通信三方相位参考系一致，而在实际环境下，合法双方和中继方在实际中的相位，会受到实际光源频率偏移(frequency offset, FO)和信道相位漂移 (phase drift, PD) 的影响，将最终阻碍安全密钥的获取。 

       该成果提出了CV-MDI-QKD的实际载波同步方案。研究人员考虑到光源的频率偏移和信道中的相位漂移，设计了完善的载波恢复过程，保障密钥信息准确获取。具体而言，研究人员针对频率偏移和相位漂移，分别提出了频偏估计方案(frequency offset estimation, FOE) 和相漂估计方案 (phase drift estimation, PDE)，进而实现三方相位参考系对齐。并且，通过仿真验证了载波恢复方案的可行性，并通过光学实验测试了实际情况下的频率偏移和相位漂移值，为CV-MDI-QKD在实际环境中实现提供了有效参考。 

       论文的第一作者是上海交通大学量子感知与信息处理研究中心王涛助理教授，通讯作者是黄鹏副研究员，曾贵华教授。该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金，上海市重大专项以及广东省重点研发计划的资助。 论文链接：https://doi.org/10.1103/PhysRevA.104.022606