The security of quantum key distribution (QKD) is severely threatened by discrepancies between realistic devices and theoretical assumptions. Recently, a significant framework called the reference technique was proposed to provide security against arbitrary source flaws under current technology such as state preparation flaws, side channels caused by mode dependencies, the Trojan horse atttacks and pulse correlations. Here, we adopt the reference technique to prove security of an efficient four-phase measurement-device-independent QKD using laser pulses against potential source imperfections. We present a characterization of source flaws and connect them to experiments, together with a finite-key analysis against coherent attacks. In addition, we demonstrate the feasibility of our protocol through a proof-of-principle experimental implementation and achieve a secure key rate of 253 bps with a 20 dB channel loss. Compared with previous QKD protocols with imperfect devices, our study considerably improves both the secure key rate and the transmission distance, and shows application potential in the practical deployment of secure QKD with device imperfections.


翻译:量子密钥分发(QKD)的安全性严重受到现实设备和理论假设之间的差异的威胁。近期,提出了一个重要的框架,称为参考技术,以在当前技术下提供针对任意源缺陷的安全性保证,如状态制备缺陷、由模式依赖性引起的侧信道、木马攻击和脉冲相关性。在此,我们采用参考技术证明了一个高效的四相测量装置独立QKD与激光脉冲对抗来源缺陷的安全性。我们提供了源缺陷的表征并将其与实验联系起来,同时进行了针对相干攻击的有限密钥分析。此外,我们通过原理证明性实验实现了协议的可行性,并在20 dB通道损耗下实现了253 bps的安全密钥速率。与具有不完美设备的先前QKD协议相比,我们的研究在安全密钥速率和传输距离方面均有显著改善,并显示出在现实部署中具有应用潜力。

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