圖為墨子號通信實驗衛(wèi)星過境
我國在量子通信網(wǎng)路工程上又實現(xiàn)了一次突破，墨子號量子通信實驗衛(wèi)星早已和滬寧干線光架串連了上去，為150名用戶提供4600公里跨徑的量子保密通信網(wǎng)路服務(wù)。這也是全球首個集成的量子通訊網(wǎng)路。
從嚴格意義來說目前這個階段并不能稱其為量子通訊，而是一個量子加密的通訊服務(wù)，通過量子技術(shù)對通訊進行了加密，所以此次公布的量子通信網(wǎng)路，更準確的應當說是量子秘鑰的分發(fā)網(wǎng)路，可以看作是未來量子通信加密這些一個加密部份。這些量子秘鑰的分發(fā)是借助了量子通信的方法來完成的，保障通信雙方才能共同擁有秘鑰，使用光量子傳輸，可以防止被截取和破譯，假如這個通信被竊聽或則截取，可以即時破壞掉這些量子態(tài)，雙方也能第一時間獲知她們的通信受到了破壞，因而切換秘鑰或則改變通信方法。目前來說，這些秘鑰的分發(fā)在理論上是絕對安全的。
圖為滬寧干線
那現(xiàn)階段量子加密通信網(wǎng)路的地面部份，依托四個光纖的城域網(wǎng)舉辦工作，在上海，北京，天津，濟南早已鋪裝了光纖網(wǎng)路，其中滬寧線是它的骨干線絡(luò)，墨子衛(wèi)星則組成了星地鏈路的一個通信節(jié)點，地面上興隆和南山兩個地面站組成兩個星地鏈路，地面光纖和星地鏈路最終組成了一個完整的星地通訊網(wǎng)路。這個網(wǎng)路的滬寧線早已開通了五年，全長2000多公里，興隆和南山兩個地面站之寬度離是2600公里，把光纖和新地鏈路相乘，總長最終達到了4600公里，在這個網(wǎng)路的用戶那都可以實現(xiàn)量子加密通訊。
用戶接入量子通訊網(wǎng)路之后，將信息通過計算機網(wǎng)路發(fā)到這個系統(tǒng)中，發(fā)送信息的秘鑰懇求量子通訊干線，由量子通訊加密系統(tǒng)生成和分配秘鑰到收發(fā)兩端的硬件之上，之后將發(fā)送方的信息進行編碼加密，通過光量子傳輸給接收方，再進行解碼和破譯，實現(xiàn)安全的通訊。目前這個通訊網(wǎng)路的每一個核心節(jié)點，都有著12個可信支路，骨干線則共有32個可信的中繼節(jié)點，可以防止單節(jié)點的故障發(fā)生。星地鏈路中地面站拿來進行秘鑰分發(fā)，墨子號量子衛(wèi)星進行的是通訊服務(wù)。
圖為量子通訊地面站
從目前的技術(shù)來看，想要實現(xiàn)真正的量子通訊，仍有好多的技術(shù)障礙沒有突破。使用量子加密通訊網(wǎng)路，應當是會低于現(xiàn)今傳統(tǒng)的通訊和加密方法，因而在現(xiàn)階段日常通訊，商業(yè)活動中，它的取代和應用可能性依然很小，還須要繼續(xù)去研究和實驗。
量子衛(wèi)星中的墨子號，于16年發(fā)射，在發(fā)射以后進行了千里級的地星單向量子糾纏分發(fā)，地星的量子秘鑰分發(fā)和地星的量子隱型傳態(tài)，又率先的舉辦了量子糾纏的退相干實驗，被英國科學推動會授予了2018年的克利夫蘭獎。今年墨子號首次實現(xiàn)了1120公里的長距離無中記的量子糾纏秘鑰分發(fā)。未來墨子號就會繼續(xù)地深入研究，而且繼續(xù)突破量子糾纏，無中繼長距離的長程秘鑰分發(fā)試驗。
圖為克利夫蘭獎
我國目前在地面上早已有了220萬公里的該類型光纖，其中國家的干線共計4.2萬公里，專門為量子通信所鋪裝的光纖網(wǎng)路早在2017年就早已開通，通過光量子實驗的通訊。雖然在理論上都可以利用我國目前的光纖網(wǎng)路實現(xiàn)，未來可能就會繼續(xù)的鋪裝專用光纖來提升通信的保障能力。此次地星一體量子加密通信網(wǎng)路實驗的成功量子通訊干線，主要的意義在于我國是把量子秘鑰分發(fā)技術(shù)從理論層面弄成了實用技術(shù)，這意味著一旦有需要，就隨時可以通過光纖網(wǎng)路和墨子衛(wèi)星實現(xiàn)全省主要區(qū)域的量子加密通訊。現(xiàn)階段對安全性的要求比較高，對價錢誘因不太敏感的政府部門、軍事部門以及金融部門等都可以通過量子加密進行通信，以量子加密的形式來保證它們的信息安全。
量子加密通信還有一個技術(shù)的核心指標，那就是秘鑰分發(fā)效率。2017年時量子加密通訊的光纖秘鑰分發(fā)效率為28.4kbps/s，最高才能達到235.4kbps/s，夠1.2萬個用戶同時進行加密，如今這一速度早已提高了40倍。未來星地的量子加密通訊網(wǎng)路，都會隨著技術(shù)的提高、基礎(chǔ)設(shè)施的升級以及量子衛(wèi)星的降低，不斷地提升性能，當擁有了十幾顆，或則甚至幾十顆的量子通信衛(wèi)星以后，量子加密通信將能實現(xiàn)全球覆蓋，再結(jié)合地面站和地面接收與發(fā)射設(shè)備的大型化以及便攜化，屆時增加了成本的量子加密通信，將會弄成一種經(jīng)濟高效的安全通訊網(wǎng)路。
圖為量子加密通信網(wǎng)
量子加密通信網(wǎng)路在目前看來還很難取代現(xiàn)代通信網(wǎng)路，并且作為一種通信的補充和加密升級，在服務(wù)安全性需求高的行業(yè)領(lǐng)域，它依然有著挺好的應用前景，其實在不久的將來，我國的量子加密通信網(wǎng)路就可以實現(xiàn)全球電信，起碼與日本、歐洲之間，可以開行萬里級別的量子衛(wèi)星無中繼通訊服務(wù)。