“墨子號(hào)”衛(wèi)星再迎突破：實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼千公里量子保密通信

　　中國(guó)青年報(bào)客戶端訊（中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 邱晨輝）“墨子號(hào)”衛(wèi)星再次迎來(lái)突破。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)等國(guó)內(nèi)外單位的研究團(tuán)隊(duì)利用全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，在國(guó)際上實(shí)現(xiàn)基于糾纏的無(wú)中繼千公里級(jí)量子保密通信。這一重大突破的成果論文，于北京時(shí)間6月15日深夜在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。

　　這也是繼實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)500公里點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖量子密鑰安全分發(fā)、依托可信中繼站點(diǎn)建成約2000公里光纖量子保密通信骨干網(wǎng)“京滬干線”、以量子衛(wèi)星作為可信中繼實(shí)現(xiàn)約7600公里洲際量子保密通信之后，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士團(tuán)隊(duì)再次獲得新的科研突破。

　　（潘建偉院士團(tuán)隊(duì)最新科研突破的實(shí)驗(yàn)示意圖。潘建偉科研團(tuán)隊(duì) 供圖）

　　據(jù)潘建偉介紹，量子通信提供了一種原理上無(wú)條件安全的通信方式，但要從實(shí)驗(yàn)室走向廣泛應(yīng)用，需要解決兩大挑戰(zhàn)，分別是現(xiàn)實(shí)條件下的安全性問(wèn)題和遠(yuǎn)距離傳輸問(wèn)題。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，使用可信中繼可以有效拓展量子通信的距離，比如利用“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星作為中繼，在自由空間信道可以拓展到7600公里的洲際距離。

　　“然而，盡管可信中繼將傳統(tǒng)通信方式中整條線路的安全風(fēng)險(xiǎn)限制在有限的中繼節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)，中繼節(jié)點(diǎn)的安全仍然需要得到人為保障。”潘建偉說(shuō)。如今，這次實(shí)驗(yàn)則將以往地面無(wú)中繼量子保密通信的空間距離提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，并確保即使在衛(wèi)星被攻擊、遭控制的極端情況下依然能實(shí)現(xiàn)安全的量子保密通信。

　　他告訴記者，研究團(tuán)隊(duì)此次最新突破的科研成果，即基于“墨子號(hào)”衛(wèi)星的前期實(shí)驗(yàn)工作和技術(shù)積累，通過(guò)對(duì)地面望遠(yuǎn)鏡主光學(xué)和后光路進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)單邊雙倍、雙邊四倍接收效率的提升。“墨子號(hào)”衛(wèi)星過(guò)境時(shí)，同時(shí)與新疆烏魯木齊南山站和青海德令哈站兩個(gè)地面站建立光鏈路，以每秒2對(duì)的速度在地面超過(guò)1120公里的兩個(gè)站之間建立量子糾纏，進(jìn)而在有限碼長(zhǎng)下以每秒0.12比特的最終碼速率產(chǎn)生密鑰。實(shí)驗(yàn)中，科研人員通過(guò)對(duì)地面接收光路和單光子探測(cè)器等方面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和防護(hù)，保證所生成密鑰不依賴可信中繼，并確保現(xiàn)實(shí)安全性。

　　《自然》雜志審稿人稱贊該研究工作是“朝向構(gòu)建全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)甚至量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步”，認(rèn)為“不依賴可信中繼的長(zhǎng)距離糾纏量子密鑰分發(fā)協(xié)議的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)是一個(gè)里程碑”，也正如量子密碼提出者之一吉列斯·布拉薩德所言“這將最終實(shí)現(xiàn)所有密碼學(xué)者千年來(lái)的夢(mèng)想”。

　　“當(dāng)然，這次科研突破，目前只是科學(xué)上的原理演示，離實(shí)際應(yīng)用還有較遠(yuǎn)距離。”潘建偉說(shuō)。在他看來(lái)，基于該研究成果發(fā)展起來(lái)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以下，同時(shí)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(shí)現(xiàn)接收系統(tǒng)的小型化、可搬運(yùn)，為將來(lái)衛(wèi)星量子通信的規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。