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中国量子通信再获突破,潘建伟团队完成人类首次洲际量子通信

简介: 潘建伟团队再次带领 “中国队” 取得量子通信又一突破。1 月 19 日,通过 “墨子号” 的中继,相距 7600 公里的中国和奥地利完成量子保密通信。这是潘建伟团队实现的人类首次洲际量子通信。
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世界首颗量子通信实验卫星完成目标;世界首条量子保密通信 “京沪干线” 开通;世界首次洲际量子通信…… 在过去一年里,中国科学技术大学潘建伟团队带领 “中国队” 迅速走到了量子通信的前沿领域。

1 月 19 日,中国科学技术大学披露了首次洲际量子通信的更多技术细节。国际权威学术期刊《物理评论快报》以封面论文的形式,介绍了去年9月中国与奥地利科学家借助 “墨子号” 卫星成功实施的世界首次量子保密的洲际视频通话。通过 “墨子号” 的中继,相距 7600 公里的中国和奥地利完成量子保密通信。

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北京向维也纳发送了一张大小 5.34kB 的 “墨子号” 照片,而维也纳则向北京发送了一张大小 4.9kB 的薛定谔照片,通过一段 80kbit 的量子密钥进行一次一密加密(即 1 比特信息用 1 比特密钥加密)。

这次量子保密通信与潘建伟的博士导师、奥利地科学院 Anton Zeilinger 教授合作完成。“墨子号” 向北京附近的兴隆地面站和维也纳附近的格拉茨(Graz)地面站进行了量子密钥分发,与两个地面站间各自产生一段密钥。接着,按照地面指令,“墨子号” 给两段密钥进行逐位异或运算,将结果发送给其中一个地面站,由此,中欧两个距离长达 7600 公里的位点之间建立了密码。

此外,中国科学院还与奥地利科学院进行了洲际量子保密视频会议,采用 128 位高级加密标准(每秒刷新 128 位种子密钥表)。中奥双方用 560kbit 密钥支持了 75 分钟的视频会议,共传输约 2GB 数据。

传统的公钥密码系统依赖特定数学函数的计算难度,但理论上都可以被破解。相反,量子密钥分发是迄今唯一被严格证明无条件安全的加密方式。通信者用量子叠加态对信息进行加密,而基于量子不可复制原理,任何窃听行为都会对整个通信系统造成干扰。

经过十多年的实验探索,潘建伟团队将量子纠缠分发距离从十几公里拓展到 404 公里,实现了世界上最远距离的点到点光纤密钥分发,可以满足城际量子通信的需求

不过,光纤或地面自由空间传输的损耗较大,量子通信距离仅限于数百公里。为了实现地球上任意两点间的量子通信,利用 “天地链路” 是个可行的方案。光子在地面与卫星间传输时,经过的距离绝大多数是真空,产生的损耗和退相干程度可以忽略不计。

潘建伟团队在 2016 年 8 月将世界首颗量子通信实验卫星 “墨子号” 送上 500 公里高的近地轨道。与 “墨子号” 进行合作实验的 5 个地面站也相继落成,分别位于河北兴隆、新疆南山、青海德令哈、云南丽江和西藏阿里。

2017 年,潘建伟团队宣布 “墨子号” 在一年时间内圆满完成三大科学目标:超过 1200 公里的星地诱骗态量子密钥分发;距离 1200 公里的星地量子纠缠分发和贝尔态测量;地星量子隐形传态。

这三个突破性的实验是搭建全球量子通信网络的基石。结果证实,针对 1200 公里的量子密钥分发,卫星链路效率比光纤高出了 20 多个数量级。

如今,地面 “京沪干线” 和天上的 “墨子号” 星地链路已经进行了整合。2017 年 9 月底,世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通,全长 2000 公里,贯穿济南和合肥。而兴隆地面站通过光纤接入了北京的多个量子通信网点。政府机构、银行和保险公司正通过实际应用测试量子通信骨干网络。


原文发布时间为:2018-01-21

本文作者:虞涵棋

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原文链接:中国量子通信再获突破,潘建伟团队完成人类首次洲际量子通信

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