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“墨子号”卫星再迎突破:实现无中继千公里量子保密通信

2020-06-16 by 20700app大阳城

墨子号卫星再次迎来突破。中国科学技术大学等国内外单位的研究团队利用全球首颗量子科学实验卫星墨子号,在国际上实现基于纠缠的无中继千公里级量子保密通信。这一重大突破的成果论文,于北京时间615日深夜在国际学术期刊《自然》在线发表。

这也是继实现实验室内500公里点对点光纤量子密钥安全分发、依托可信中继站点建成约2000公里光纤量子保密通信骨干网京沪干线、以量子卫星作为可信中继实现约7600公里洲际量子保密通信之后,中国科学技术大学潘建伟院士团队再次获得新的科研突破。

据潘建伟介绍,量子通信提供了一种原理上无条件安全的通信方式,但要从实验室走向广泛应用,需要解决两大挑战,分别是现实条件下的安全性问题和远距离传输问题。在现有技术水平下,使用可信中继可以有效拓展量子通信的距离,比如利用墨子号量子卫星作为中继,在自由空间信道可以拓展到7600公里的洲际距离。

然而,尽管可信中继将传统通信方式中整条线路的安全风险限制在有限的中继节点范围内,中继节点的安全仍然需要得到人为保障。潘建伟说。如今,这次实验则将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高一个数量级,并确保即使在卫星被攻击、遭控制的极端情况下依然能实现安全的量子保密通信。

他告诉记者,研究团队此次最新突破的科研成果,即基于墨子号卫星的前期实验工作和技术积累,通过对地面望远镜主光学和后光路进行升级,实现单边双倍、双边四倍接收效率的提升。墨子号卫星过境时,同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路,以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠,进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。实验中,科研人员通过对地面接收光路和单光子探测器等方面进行精心设计和防护,保证所生成密钥不依赖可信中继,并确保现实安全性。

《自然》杂志审稿人称赞该研究工作是朝向构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步,认为不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议的实验实现是一个里程碑,也正如量子密码提出者之一吉列斯·布拉萨德所言这将最终实现所有密码学者千年来的梦想。

当然,这次科研突破,目前只是科学上的原理演示,离实际应用还有较远距离。潘建伟说。在他看来,基于该研究成果发展起来的高效星地链路收集技术,可以将量子卫星载荷重量由现有的几百公斤降低到几十公斤以下,同时将地面接收系统的重量由现有的10余吨大幅降低到100公斤左右,实现接收系统的小型化、可搬运,为将来卫星量子通信的规模化、商业化应用奠定了坚实的基础。

本文来源:中国青年网

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