图 对抗式量子信道分辨中适应性策略和非适应性策略的示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：92470113）等资助下，香港中文大学（深圳）数据科学学院方堃教授与海外合作者首次提出对抗式场景下的量子信道分辨问题，并在假设检验框架下建立信道分辨的最优理论极限基准。相关成果以“对抗式量子信道分辨（Adversarial Quantum Channel Discrimination）”为题，于2025年12月23日发表在国际学术期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上，论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/mtbj-grbk。
量子信道是描述量子系统演化和信息传输的基本数学模型，可形象地理解为量子信息在真实物理环境中经历的时间或空间上的“传输通道”。准确分辨一个未知量子信道，对于量子计算、量子通信、量子人工智能等各类任务具有基础性意义。特别是在许多实际应用场景中，如量子隐私安全计算、量子网络通信和量子密码系统等，使用的量子设备本身往往并非完全可信，可能受到不可控噪声的影响，甚至存在故障或恶意行为。在这种情况下，对手可以主动操控输入态、利用环境系统和量子记忆干扰分辨过程，使问题演化为一场信息不对称的“对抗博弈”。如何在这种对抗式场景下对未知的量子信道进行最优分辨，是量子科技实用化中亟需解决的重要问题。
研究团队提出了对抗性量子信道分辨的统一理论框架，并通过引入“最小输出信道散度”这一全新的信息度量，精确刻画在对抗性条件下信道分辨错误概率随实验次数增加而指数衰减的最优速率，从而在理论上给出了量子信道在“最坏情形”下可区分性的基本极限。研究进一步发现，从测试者的角度，对手无论采用干扰能力极强的自适应策略，还是采用结构更为简单的非自适应策略，测试者所能达到的最优分辨错误概率是相同的。另外，相关性能指标即便在需要取正则化极限的情形下，仍可通过多项式时间算法高效计算，并同时满足信息论中极为重要的强反性质。这意味着，一旦尝试突破物理规律所允许的判别极限，不仅无法获得更优的分辨效果，反而会导致错误概率迅速上升。
该成果不仅在理论层面将量子信道分辨的研究范式由传统的“最优情形”系统拓展至更为现实的“对抗情形”，还将量子密码学中广泛应用的熵积累定理自然统一到同一理论框架之中，为量子设备验证、可信量子计算、量子保密通信等提供了统一而有力的理论基础。同时，所建立的对抗性建模思路也为量子信息科学中其他关键任务的对抗式分析提供了重要参考。