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“墨子号”首次实现无中继千公里级量子保密通信
来源: 安徽新闻网-安徽日报 2020-06-16 08:25:54 责编: 刘东伟

本报讯(记者 陈婉婉)“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现基于纠缠的无中继千公里级量子密钥分发,不仅将地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级,而且确保了极端情况下的安全性。记者6月15日从中国科学技术大学获悉,该校潘建伟院士团队联合中外相关科研团队,取得了这一量子通信现实应用上的重要突破。该项成果于6月15日在国际著名学术期刊《自然》上在线发表。

量子通信提供了一种原理上无条件安全的通信方式,但要从实验室走向广泛应用,需要解决现实条件下的安全性和远距离传输两大挑战。在现有技术水平下,使用可信中继可以有效拓展量子通信的距离。然而,中继节点的安全仍需得到人为保障,如果卫星被他方控制,就存在信息泄漏风险。自“墨子号”在2017年首次实现基于中继的千公里级量子纠缠分发后,实现无中继远距离量子密钥分发就成为国际学术界热切期盼的目标。

潘建伟及其同事彭承志、印娟等组成的团队联合中外相关团队,实现了地面望远镜相关接收效率的提升。“墨子号”过境时,同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路,以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠,进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。在实验中,通过对地面接收光路和单光子探测器等方面进行精心设计和防护,保证了公平采样和对所有已知侧信道的免疫,所生成的密钥不依赖可信中继,并确保了现实安全性。

《自然》杂志审稿人称赞该工作“展示了一项开创性实验的结果” ,“这是朝向构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步”,“不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议实验的实现是一个里程碑”。

此外,基于该研究成果发展起来的高效星地链路收集技术,可以将量子卫星载荷重量由现有的几百公斤降低到几十公斤以下,同时将地面接收系统的重量由现有的10余吨大幅降低到100公斤左右,实现小型化、可搬运,为将来卫星量子通信的规模化、商业化应用奠定了坚实基础。

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