基于无源环形器路由的三用户量子密钥分发系统实现

《Scientific Reports》：Quantum key distribution over a three-user fiber network with passive optical circulator

　　**摘要**我们报告了在三人光纤网络中实现量子密钥分发（QKD）系统的结果。在该系统中，每位用户使用相同的收发双向器，编码路径和解码路径共享一个单非对称干涉仪，从而在节点级别减少了重复的光学资源。三位用户——Alice、Bob 和 Charlie——通过由三端口光环形器构建的无源环形器中心节点互联，使任意两对用户之间无需有源切换或可信中介即可进行安全密钥交换。每位用户通过10至15公里的标准电信光纤链路连接到中心环形器，用户间的有效距离为20至25公里。我们采用BB84协议及双诱骗态方法（弱光态与真空态）进行安全密钥生成。对于每对用户，使用可组合安全参数 $\varepsilon \sim 10^{-8}$ 处理了 $10^6$ 比特的筛选密钥。我们采用三种方法评估密钥长度：(1) 基于测量的量子误码率（QBER）和增益的理论估算，假设纠错效率为1.16；(2) 使用Winnow算法的实验后处理；(3) 使用Cascade算法的实验后处理。所有链路均实现了低QBER并产生了正的密钥长度。由于Cascade算法具有更高的协调效率，其产生的最终密钥始终更长。这些结果表明，基于无源环形器路由的资源共享双向节点架构在安全多用户量子通信中具有可行性。