對(duì)于量子通訊技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，潘建偉曾強(qiáng)調(diào)這將分三步走：一是通過光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通訊網(wǎng)路；二是通過量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際量子通訊網(wǎng)路；三是通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通訊網(wǎng)路。
與滬寧干線采用的中繼器方案不同，“墨子號(hào)”此次實(shí)現(xiàn)的衛(wèi)星QKD，借助衛(wèi)星在月球上的兩個(gè)地面站之間直接構(gòu)建起安全聯(lián)接，巧妙規(guī)避了對(duì)中繼器的需求：團(tuán)隊(duì)使用了糾纏光子，雖然相隔遙遠(yuǎn)，糾纏光子的聯(lián)接方法能讓它們量子特點(diǎn)的檢測(cè)結(jié)果完美關(guān)聯(lián)，因而秘鑰的形成過程不再須要衛(wèi)星，哪怕衛(wèi)星遭到功擊者控制也能確保密鑰的安全。
對(duì)于這兩種技術(shù)路線的選擇，潘建偉對(duì)我們進(jìn)一步解釋道：“光子在城市中的光纖中耗損較少，比如兩個(gè)城市之間200公里的距離，實(shí)際上用不到糾纏的方案，并且在廣域的場(chǎng)景中，最理想的解決方案將基于糾纏。這就好似我們老話所說‘邊走邊孵蛋’，階段性地一步一步向前走”。
圖丨“墨子號(hào)”曾登上刊物封面
高安全性的實(shí)現(xiàn)
按照介紹，使用可信中繼可以有效拓展量子通訊的距離，例如世界首列量子保密通訊滬寧干線通過32個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，貫通了全長(zhǎng)2000公里的城際光纖量子網(wǎng)路；而借助量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”作為中繼，在自由空間信道進(jìn)一步拓展到了7600公里的洲際距離。但是，雖然可信中繼將傳統(tǒng)通訊方法中整條線路的安全風(fēng)險(xiǎn)限制在有限個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)范圍，中繼節(jié)點(diǎn)的安全一直須要得到人為保障。
研究的一個(gè)重要內(nèi)容正在于實(shí)現(xiàn)秘鑰分發(fā)的高安全性。這么，衛(wèi)星QKD的高安全性具體又是怎樣實(shí)現(xiàn)？
按照論文，團(tuán)隊(duì)通過對(duì)針對(duì)量子密鑰分發(fā)的“側(cè)信道功擊（Side-）”研究，提出設(shè)計(jì)思路并得出了非?？煽康耐普摗?span style="display:none">3yE物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
其中提及的側(cè)信道功擊是現(xiàn)在密碼學(xué)中令學(xué)者們都非常頭痛的問題，這是一種針對(duì)加密電子設(shè)備在運(yùn)行過程中的時(shí)間消耗、功率消耗或電磁幅射之類的側(cè)信道信息泄漏，而對(duì)加密設(shè)備進(jìn)行功擊的方式被稱為邊信道功擊。
這類新型功擊的有效性遠(yuǎn)低于密碼剖析的物理方式，因而給密碼設(shè)備帶來了嚴(yán)重的恐嚇。
簡(jiǎn)單而言就是能否繞開密碼學(xué)中的物理編碼方式，從“旁門左道”來剖析密碼的構(gòu)成，比如通過確切捕捉計(jì)算機(jī)CPU解碼加密信息時(shí)的高頻聲音來提取秘鑰的邊信道功擊。
圖丨接收器發(fā)出的激光束將會(huì)幫助與衛(wèi)星與地面站構(gòu)建聯(lián)接（來源：麻省理工科技評(píng)論JOINT）
研究團(tuán)隊(duì)在地面站監(jiān)測(cè)端有針對(duì)性地設(shè)置了級(jí)聯(lián)的多自由度檢波裝置，就能對(duì)頻度、空間和時(shí)序等模式進(jìn)行檢波，還集成了測(cè)量功擊的裝置，比如測(cè)量器相關(guān)功擊、基于波長(zhǎng)的功擊、空間模式功擊及其他種類的邊信道功擊。
據(jù)悉，研究團(tuán)隊(duì)還搭建了監(jiān)控電路（），只要發(fā)覺邊信道功擊，監(jiān)控電路會(huì)發(fā)出報(bào)案信息。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，這樣一套量子糾纏秘鑰分發(fā)系統(tǒng)對(duì)于實(shí)際的元件來說是非常安全的。
衛(wèi)星量子系統(tǒng)正邁向大型化
事實(shí)上，在此之前，上千公里距離的糾纏分發(fā)也曾基于“墨子號(hào)”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)過。
并且傳輸效率低和誤分辨率高，造成其還不能用以QKD。而這一次研究團(tuán)隊(duì)降低了它們的傳輸效率，減少了誤分辨率，足以通過糾纏的形式傳輸量子秘鑰。技術(shù)與理論的一拍即合量子糾纏通訊，成就了這樣成功的應(yīng)用。
圖丨1.2米地面接收望遠(yuǎn)鏡（來源：中國科技學(xué)院）
其中，兩臺(tái)專門接收這類量子訊號(hào)的望遠(yuǎn)鏡位于于中國的伊寧和南山，相距1120km。
“墨子號(hào)”衛(wèi)星處于“太陽同步軌道”上，并搭載了特殊設(shè)計(jì)的光路，在每晚晚上經(jīng)過兩個(gè)地面觀測(cè)站時(shí)，向地面觀測(cè)站發(fā)射糾纏光子對(duì)，完成秘鑰分發(fā)。為了提高訊號(hào)聯(lián)接的傳輸效率，兩個(gè)地面站非常新建了半徑為1.2m的觀測(cè)望遠(yuǎn)鏡，專用于量子糾纏秘鑰分發(fā)的觀測(cè)。為此，相較于之前的實(shí)驗(yàn)，信息的分發(fā)率和雜訊都得到極大的提高。
“我們?cè)诎l(fā)射衛(wèi)星的時(shí)侯，其實(shí)沒敢想衛(wèi)星的性能那么好，才能實(shí)現(xiàn)高安全性的基于糾纏的QKD療效"量子糾纏通訊，潘建偉說到。
圖丨站在接收器前方的中國量子事業(yè)帶頭人潘建偉。該接收器用于傳輸來自“墨子號(hào)”衛(wèi)星的超級(jí)加密訊號(hào)（來源：麻省理工科技評(píng)論AND）
這個(gè)過程中，衛(wèi)星和地面接收系統(tǒng)也在走向大型化。
研究團(tuán)隊(duì)介紹稱，基于該研究成果發(fā)展上去的高效星地鏈路搜集技術(shù)，可以將量子衛(wèi)星荷載重量由現(xiàn)有的幾百公斤增加到幾十公斤以下，同時(shí)將地面接收系統(tǒng)的重量由現(xiàn)有的10余噸急劇減少到100公斤左右，實(shí)現(xiàn)接收系統(tǒng)的大型化、可搬運(yùn)，為將來衛(wèi)星量子通訊的規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
潘建偉也表示，在急劇增加量子通訊衛(wèi)星的研發(fā)和發(fā)射成本，為將來衛(wèi)星量子通訊的規(guī)?；⑸虡I(yè)化應(yīng)用上，團(tuán)隊(duì)早已開始新的規(guī)劃。