本网记者今日从中国科学技术大学获悉，该校潘建伟教授及其同事彭承志、印娟等组成的研究团队，联合牛津大学Artur Ekert、中科院上海技术物理研究所王建宇等团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子通信，取得了量子通信现实应用的重要突破。

据介绍，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，需要解决现实条件下的安全性和远距离传输两大挑战。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。然而，中继节点的安全仍需得到人为保障，如果卫星被他方控制，就存在信息泄漏风险。自“墨子号”在2017年首次实现基于中继的千公里级量子纠缠分发后，实现无中继远距离量子密钥分发就成为国际学术界热切期盼的目标。

潘建伟及其同事彭承志、印娟等组成的团队联合中外相关团队，实现了地面望远镜相关接收效率的提升。“墨子号”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。在实验中，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，保证了公平采样和对所有已知侧信道的免疫，所生成的密钥不依赖可信中继，并确保了现实安全性。

6月15日，潘建伟等研究团队在国际著名学术期刊《自然》杂志上在线发表了题为“基于纠缠的千公里级安全量子加密(Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres)”的研究论文 [Nature]。《自然》杂志为此专门发布了题为“基于卫星的远距离安全通信(Quantum physics: Long-range satellite-based secure communications)”的新闻稿(Press release)加以推介。

《自然》杂志审稿人称赞该工作“展示了一项开创性实验的结果” ，“这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”，“不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议实验的实现是一个里程碑”。

此外，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基础。

2020-06-16 10:31:15  大公网作者：赵臣

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