遠距離安全量子通訊再獲突破！
來自中國科學技術學院等國外外單位的研究團隊借助“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秘鑰分發。該實驗成果除了將往年地面無中繼量子保密通訊的空間距離提升了一個數目級，但是通過數學原理確保即便在衛星被他方控制的極端情況下，仍然能實現安全的量子通訊，取得了量子通訊現實應用的重要突破。相關研究成果6月15日在線發表于《自然》雜志上。
量子通訊提供了一種原理上無條件安全的通訊方法，但要從實驗室邁向廣泛應用，須要解決兩大挑戰，分別是現實條件下的安全性問題和遠距離傳輸問題。在現有技術水平下，使用可信中繼可以有效拓展量子通訊的距離，例如借助“墨子號”量子衛星作為中繼，在自由空間信道可以拓展到7600公里的洲際距離。“然而，雖然可信中繼將傳統通訊方法中整條線路的安全風險限制在有限的中繼節點范圍內，中繼節點的安全一直須要得到人為保障。”中科院教授、中國科學技術學院院長潘建偉說。
實現遠距離安全量子通訊的最佳解決方案是結合量子中繼和基于糾纏的量子秘鑰分發?；诩m纏的量子秘鑰分發的原理是，無論處于糾纏狀態的粒子之間相隔多遠，只要檢測了其中一個粒子的狀態，另一個粒子的狀態也會相應確定，這一特點可以拿來在遙遠兩地的用戶間形成秘鑰。
借助衛星作為量子糾纏源，通過自由空間信道在遙遠兩地直接分發糾纏，為現有技術條件下實現基于糾纏的量子保密通訊提供了可行的公路。
基于“墨子號”量子衛星的前期實驗工作和技術積累，研究團隊通過對地面望遠鏡主光學和后光路系統進行升級，實現了單邊雙倍、雙邊四倍接收效率的提高。“墨子號”量子衛星過境時，可以同時與內蒙呼和浩特南山站和山東德令哈站兩個地面站構建光鏈路，以每秒兩對的速率在地面超過1120公里的兩個站之間構建量子糾纏，從而在有限碼長下以每秒0.12比特的最終碼速度形成秘鑰?！霸趯嶒炛校ㄟ^對地面接收光路和單光子偵測器等方面進行悉心設計和防護，保證了公正取樣和對所有已知側信道的免疫，所生成的秘鑰不依賴可信中繼，并確保了現實安全性。”潘建偉說量子通訊協議，結合最新發展的量子糾纏源技術，未來衛星上可每秒形成10億個糾纏光子，最終秘鑰成分辨率將提升到每秒幾十比特或單次過境幾萬比特。
對此，《自然》雜志審稿人贊嘆道量子通訊協議，“這是朝向建立全球化量子秘鑰分發網路甚至量子互聯網的重要一步?！薄拔业拇_覺得不依賴可信中繼的長距離糾纏量子秘鑰分發合同的實現是一個里程碑。”
潘建偉表示，基于該研究成果發展上去的高效星地鏈路搜集技術，可以將量子衛星荷載重量由現有的幾百公斤增加到幾十公斤以下，同時將地面接收系統的重量由現有的10余噸急劇減少到100公斤左右，實現接收系統的大型化、可搬運，為將來衛星量子通訊的規?；?、商業化應用奠定了堅實的基礎。（本報記者陸成寬）