量子傳感器網(wǎng)絡示意圖：未知參數(shù)在網(wǎng)絡中呈空間分布狀態(tài)。從計量學角度來看，目標是估計這些參數(shù)的一個函數(shù)，比如它們的平均值。隱私概念也被納入考量，以防范惡意對手。圖片來源：哈桑尼（Hassani）等人

利用量子力學效應的設備，廣義上被稱為量子技術，或許能助力更快速、高效地解決一些現(xiàn)實世界的問題。近年來，物理學家和工程師們已推出了多種頗具前景的量子技術，其中就包括所謂的量子傳感器。

從理論上講，量子傳感器網(wǎng)絡可用于極其精確地測量特定參數(shù)。這些網(wǎng)絡利用了一種被稱為 “糾纏” 的量子現(xiàn)象，該現(xiàn)象意味著粒子之間存在一種持續(xù)的關聯(lián)，使得它們即便相隔一定距離，也能瞬間相互共享信息。

盡管量子傳感器網(wǎng)絡（QSNs）在現(xiàn)實世界中可能有諸多有益的應用，但其有效部署還依賴于能否確保傳感器之間共享的信息保持私密，且不被惡意的第三方獲取。

索邦大學的研究人員在發(fā)表于《物理評論快報》的一篇論文中，提出了一種新協(xié)議，該協(xié)議有助于增強聯(lián)網(wǎng)量子傳感器之間共享信息的隱私性。

論文的第一作者馬吉德・哈桑尼（Majid Hasani）告訴Phys.org網(wǎng)站：“在更廣泛的量子傳感領域中，聯(lián)網(wǎng)傳感是一個很有前景的研究方向。鑒于必然會存在惡意對手攔截量子信道以獲取某些信息的情況，我們著手設計一種私密協(xié)議，使得人們能夠在不泄露任何信息的情況下估計未知參數(shù)。”

哈桑尼及其同事設計的新協(xié)議依賴于一種已確立的數(shù)學工具，即量子費希爾信息矩陣（QFIM）。本質上，這個矩陣用于量化與量子測量設備或過程相關的參數(shù)估計的精度。

哈桑尼解釋道：“量子費希爾信息矩陣在量子計量學和傳感領域是一個廣為人知的量，它量化了在所有可能的測量中，關于已知參數(shù)可提取的最大信息量，并為估計精度設定了下限。這個矩陣的數(shù)學性質，比如其元素之間的連續(xù)性關系，使我們能夠構建一個私密協(xié)議。”

從本質上講，哈桑尼及其同事提出的協(xié)議包括操控量子費希爾信息矩陣，以識別量子傳感器網(wǎng)絡中能最大限度提升隱私性的量子態(tài)。他們的論文還引入了 “準隱私（𝜀- 隱私）” 的概念，這是一種衡量量子態(tài)與確保 “完美隱私” 接近程度的指標。

為了說明他們協(xié)議的潛力，研究人員給出了一個該協(xié)議如何應用于量子傳感器網(wǎng)絡的示例。在他們概述的示例中，量子傳感器網(wǎng)絡專門用于估計未知參數(shù)的平均值，并且該團隊展示了他們的協(xié)議如何提升隱私性。

哈桑尼表示：“所提出的方法提供了一種系統(tǒng)的方式，來構建一個能從網(wǎng)絡中提取可調節(jié)信息量的協(xié)議。這種可調節(jié)性使我們能夠控制信息泄露，從而保護我們的信息不被惡意對手獲取。”

到目前為止，新提出的隱私協(xié)議僅在理論上得到了論證，不過哈桑尼及其同事很快希望能在實驗環(huán)境中實施并測試該協(xié)議。未來，他們的努力可能會推動安全量子傳感和通信的實現(xiàn)。

哈桑尼補充道：“我們的下一步將是在實驗中實施該協(xié)議。與我們的合作者正在進行的這個項目，對于現(xiàn)實生活中量子傳感器的發(fā)展至關重要�！�

更多信息：馬吉德・哈桑尼（Majid Hassani）等人，《量子傳感器網(wǎng)絡中的隱私性》，《物理評論快報》（2025 年）。DOI：10.1103/PhysRevLett.134.030802。發(fā)表于 arXiv：DOI：10.48550/arxiv.2408.01711

期刊信息：《物理評論快報》，arXiv