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俄物理学家创建“量子网络”加速新方法

    量子纠缠现象是现代量子技术的基础,在量子通信系统中发挥着至关重要的作用。根据量子不可克隆定理,量子通信系统完全排除了窃听的可能性。目前,欧洲、中国、美国都在积极研发量子通信系统。

    俄罗斯最早的量子通信系统约始于三年前。俄第一条量子通信线路由圣彼得堡国立信息技术、机械与光学大学建设,科学家通过现有地下光缆以量子信道形式成功连接了校园内两座大楼。2016年6月,俄罗斯量子中心宣布首次实现“城市”范围内两家银行分行之间的量子通信。2016年9月,莫斯科国立大学成功实现莫斯科州两点之间的量子通信连接。 

    据俄新社消息,俄罗斯量子中心、俄科院数学研究所和新加坡国立大学的物理学家创建了一种新的量子通信信号编码法,能够显著减少信号传输过程中的噪声和错误,提高量子网络的工作速率。该项研究成果发表在《Physical Review Applied》期刊上。 

    通常,量子通信系统的最大问题在于,即便没有窃听者的破坏,量子密钥的准确传输也受到远距离信号传输过程中产生的各种噪声和干扰影响,这显著降低了数据交换速率,迫使科学家在不破坏信息保密性的前提下,寻求技巧来修正错误部分。

    然而,为了修正类似错误需要使用普通信道,其中传输的信息极易被窃取,因此,量子通信的创建者利用仅传输修复密钥所需最少量数据的算法来修正错误,以杜绝被破译的可能性。目前应用最普遍的“串联协议”修正方法尽管十分有效,但存在具有递归性的缺点,为了修正单个错误需要在密钥的发送和接收方之间进行多轮信息交换,显著降低了网络的工作效率。

    俄罗斯量子中心的研究人员采用另一种奇偶性检验方式,发明了更为“对称”的错误修正方法,创建了准许相互传递类似密钥片段的协议。在此框架下,一方面,量子密钥的发送方并非根据每个单元的奇偶性将数据传递给接收方,而传递的是密钥本身的部分信息;另一方面,信息传送的两位参与者(即爱丽丝与鲍勃)相互传送校正序列位。而按照之前的算法,所有信息均严格从爱丽丝传给鲍勃。该方法将密钥交换的周期数减少了三分之一,不仅使错误查询的速度提高了30%,而且将公开信息量减少了10%,以降低被窃取的几率。

    俄罗斯量子中心表示,目前已在位于莫斯科的量子网络对新方法开展了检测并确认其可行性。

(摘自科技部网站)