世界首次！“墨子號”量子衛(wèi)星實現(xiàn)千公里級量子糾纏密鑰分發(fā)

每經(jīng)編輯 彭水萍

據(jù)新華網(wǎng)，記者從中國科學(xué)院獲悉，一支聯(lián)合科研團隊近日利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子密鑰分發(fā)，相關(guān)研究論文北京時間15日由國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉介紹，這一實驗成果將無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數(shù)量級，并通過物理原理確保，即使在衛(wèi)星被他方控制的極端情況下依然能實現(xiàn)安全的量子保密通信，取得了量子保密通信現(xiàn)實應(yīng)用的重要突破。

該實驗由潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的研究團隊，聯(lián)合牛津大學(xué)阿圖爾·?？颂?、中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇團隊、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所等相關(guān)團隊一起完成。

圖片來源：央視新聞

據(jù)央視新聞，實驗中，研究團隊利用“墨子號”作為量子糾纏源，通過對地面望遠鏡進行升級，實現(xiàn)了單邊雙倍、雙邊四倍接收效率的提升。“墨子號”衛(wèi)星過境時，同時與新疆南山站和青海德令哈站兩個地面站建立光鏈路，以每秒2對的速度在地面超過1120公里的兩個站之間建立量子糾纏，產(chǎn)生量子密鑰，在國際上首次實現(xiàn)了基于糾纏的千公里級量子保密通信。

中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉介紹，基于糾纏的量子保密通信，利用空間信道的衰減比較少，把點對點現(xiàn)場密鑰分發(fā)的距離由百公里量級提升到了一千公里。未來一軌就能夠產(chǎn)生約4萬個密鑰，這對于一些絕密的或者說高密級的信息傳輸已經(jīng)夠了。

量子通信提供了一種原理上無條件安全的通信方式，但要走向廣泛應(yīng)用，還需解決安全性和遠距離傳輸兩大問題。通過國際學(xué)術(shù)界30多年的努力，目前現(xiàn)場點對點光纖量子密鑰分發(fā)達到了百公里量級。使用可信中繼可有效拓展量子通信的距離，比如量子京滬干線通過32個中繼節(jié)點，貫通了全長2000公里的城際光纖量子網(wǎng)絡(luò)。然而，中繼節(jié)點的安全仍然存在安全隱患，需要得到人為保障。研究團隊利用衛(wèi)星作為量子糾纏源，通過自由空間信道在遙遠兩地直接分發(fā)糾纏，為實現(xiàn)基于糾纏的量子保密通信提供了可行的道路。

潘建偉介紹，這一成果主要依賴于糾纏的概念，一對光子糾纏后往兩個地方分發(fā)的時候，如果其中只要有任何一個光子被看到過的話，這個糾纏就沒有了，那么就能夠知道這個密碼是不安全的了，所以哪怕衛(wèi)星是由你所不信任的人造的，那么最后密鑰分發(fā)之后，如果它能夠滿足一定的糾纏關(guān)系，它也是安全的。

據(jù)了解，基于該研究成果發(fā)展起來的高效星地鏈路收集技術(shù)，可以將量子衛(wèi)星載荷重量由現(xiàn)有的幾百公斤降低到幾十公斤，同時將地面接收系統(tǒng)的重量由現(xiàn)有的10余噸大幅降低到100公斤左右，實現(xiàn)接收系統(tǒng)的小型化、可搬運，為將來衛(wèi)星量子通信的規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。目前，我國正在規(guī)劃建設(shè)量子衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合最新發(fā)展的量子糾纏源技術(shù)，每秒可產(chǎn)生10億對糾纏光子，最終密鑰成碼率有望大幅提高，為其實用化提供必要的技術(shù)支持。

《自然》期刊高級編輯費德里科·利瓦伊評價，“這是一項非常重要的突破，研究人員將光子制備、分發(fā)和測量的效率提升到了足夠高的水平，從而確保能夠生成安全密鑰。這項實驗首次演示了基于糾纏的遠距離量子密鑰分發(fā)，是邁向量子安全通信道路上的一個重要里程碑。”

（每日經(jīng)濟新聞綜合新華社、央視新聞）

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