“墨子號”實現基于糾纏的無中繼千公里量子保密通信 相關論文發表在《自然》雜志

記者從中國科學院獲悉，我國科學家利用“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公里級基于糾纏的量子密鑰分發。相關論文6月15日發表在國際著名學術期刊《自然》雜志上。

該實驗成果不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級，并且通過物理原理確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實應用的重要突破。

研究團隊領銜者、中國科學技術大學潘建偉院士介紹，量子通信提供了一種原理上無條件安全的通信方式，但要從實驗室走向廣泛應用，還需要解決遠距離傳輸時的安全性挑戰。

此前，通過國際學術界30余年的努力，現場點對點光纖量子密鑰分發的安全距離達到了百公里量級。再遠的距離，就需要可信中繼節點的輔助，也相應地增加了風險。

“例如，在星地量子密鑰分發過程中，量子衛星作為可信中繼，掌握著用戶分發的全部密鑰，如果衛星被他方控制，就存在信息泄漏的風險。”潘建偉說。

潘建偉表示，解決這一問題的最佳方案就是基于糾纏的量子密鑰分發。“利用衛星作為量子糾纏源，在遙遠兩地直接分發糾纏。用戶間利用接收到的糾纏直接產生密鑰，不需要衛星的中轉。這樣一來，衛星本身并不掌握密鑰，即使它被別人控制，密碼也是安全的。”

《自然》雜志審稿人稱贊該工作“展示了一項開創性實驗的結果”“這是朝向構建全球化量子密鑰分發網絡甚至量子互聯網的重要一步”“我的確認為不依賴可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發協議的實驗實現是一個里程碑”。

該研究由中國科學技術大學潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的研究團隊，聯合牛津大學Artur Ekert、中科院上海技術物理研究所王建宇團隊、微小衛星創新研究院、光電技術研究所等相關團隊共同完成。迄今，“墨子號”研究團隊已在《自然》及《科學》雜志發表了5篇研究論文，在量子通信技術前沿研究領域積累了堅實的科學與技術基礎。

另據了解，基于該研究成果發展起來的高效星地鏈路收集技術，可以將量子衛星載荷重量由現有的幾百公斤降低到幾十公斤以下，同時將地面接收系統的重量由現有的10余噸大幅降低到100公斤左右，實現接收系統的小型化、可搬運。另外，如果結合最新發展的量子糾纏源技術，未來衛星上可每秒產生10億個糾纏光子，最終密鑰成碼率將提高到每秒幾十比特或單次過境幾萬比特。這些技術的發展，都為將來衛星量子通信的規模化、商業化應用奠定了基礎。