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2020年06月17日
【香港文匯報​】「墨子號」首次實現無中繼千公里級量子保密通信

■最新獲得科研突破實驗示意圖。 中新社

最新獲得科研突破實驗示意圖。 中新社

香港文匯報訊(記者 趙臣 合肥報道)從中國科學技術大學獲悉,該校潘建偉教授及其同事彭承志、印娟等組成的研究團隊,聯合牛津大學Artur Ekert、中科院上海技術物理研究所王建宇等團隊,利用「墨子號」量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公里級基於糾纏的量子密鑰分發。該實驗成果不僅將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級,並且通過物理原理確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子通信,取得了量子通信現實應用的重要突破。

實現地面望遠鏡相關接收效率提升

據介紹,量子通信提供了一種原理上無條件安全的通信方式,但要從實驗室走向廣泛應用,需要解決現實條件下的安全性和遠距離傳輸兩大挑戰。在現有技術水平下,使用可信中繼可以有效拓展量子通信的距離。然而,中繼節點的安全仍需得到人為保障,如果衛星被他方控制,就存在信息洩漏風險。自「墨子號」在2017年首次實現基於中繼的千公里級量子糾纏分發後,實現無中繼遠距離量子密鑰分發就成為國際學術界熱切期盼的目標。

潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的團隊聯合中外相關團隊,實現了地面望遠鏡相關接收效率的提升。「墨子號」過境時,同時與新疆烏魯木齊南山站和青海德令哈站兩個地面站建立光鏈路,以每秒2對的速度在地面超過1,120公里的兩個站之間建立量子糾纏,進而在有限碼長下以每秒0.12比特的最終碼速率產生密鑰。在實驗中,通過對地面接收光路和單光子探測器等方面進行精心設計和防護,保證了公平採樣和對所有已知側信道的免疫,所生成的密鑰不依賴可信中繼,並確保了現實安全性。

新技術可將量子衛星載荷重量下降

6月15日,潘建偉等研究團隊在國際著名學術期刊《自然》雜誌上在線發表了題為「基於糾纏的千公里級安全量子加密(Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres)」的研究論文 [Nature]。《自然》雜誌為此專門發布了題為「基於衛星的遠距離安全通信(Quantum physics: Long-range satellite-based secure communications)」的新聞稿(Press release)加以推介。

《自然》雜誌審稿人稱讚該工作「展示了一項開創性實驗的結果」 ,「這是朝向構建全球化量子密鑰分發網絡甚至量子互聯網的重要一步」,「不依賴可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發協議實驗的實現是一個里程碑」。

此外,基於該研究成果發展起來的高效星地鏈路收集技術,可以將量子衛星載荷重量由現有的幾百公斤降低到幾十公斤以下,同時將地面接收系統的重量由現有的10餘噸大幅降低到100公斤左右,實現小型化、可搬運,為將來衛星量子通信的規模化、商業化應用奠定了堅實基礎。

《香港文匯報》(2020年06月17日)

http://paper.wenweipo.com/2020/06/17/YO2006170017.htm

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