Bell nonlocal and device-independent quantum secure communication

量子保密通信旨在利用量子力学基本原理保护通信安全. 虽然量子保密通信在理论上具有绝对安全性, 但是由于实际实验设备存在缺陷, 量子保密通信协议依赖于设备内部行为的安全性表征, 这会为通信带来安全性漏洞. 量子力学的基础理论——Bell非局域性为保障通信安全开辟了一条新路径. 基于Bell非局域性的设备无关(device-independent, DI)量子通信协议将所有实验设备视为黑盒, 放宽对设备内部工作的安全假设, 理论上可为量子保密通信提供最高级别的安全性保障. 然而, DI量子保密通信协议往往需要高性能设备的支持, 因此其实验实现在技术上具有巨大的挑战. 但随着量子通信理论和实验技术的发展, 近年来研究人员已经在DI量子保密通信领域完成了重要的原理性验证演示, 证明了DI量子保密通信的可行性. 本文着重介绍在DI量子保密通信领域的三大主要分支, 即DI量子密钥分发、DI量子安全直接通信、DI量子秘密共享, 并介绍了一系列DI量子保密通信中的主动改进策略. 最后, 对未来DI量子保密通信协议研究进行展望. 本综述可为未来DI量子保密通信的实用化发展提供理论支持.