“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)基于糾纏的無中繼千公里級量子密鑰分發(fā)，不僅將地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數(shù)量級，而且確保了極端情況下的安全性。記者6月15日從中國科學技術大學獲悉，該校潘建偉院士團隊聯(lián)合中外相關科研團隊，取得了這一量子通信現(xiàn)實應用上的重要突破。該項成果于6月15日在國際著名學術期刊《自然》上在線發(fā)表。
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(xiàn)實條件下的安全性和遠距離傳輸兩大挑戰(zhàn)。在現(xiàn)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(jié)點的安全仍需得到人為保障，如果衛(wèi)星被他方控制，就存在信息泄漏風險。自“墨子號”在2017年首次實現(xiàn)基于中繼的千公里級量子糾纏分發(fā)后，實現(xiàn)無中繼遠距離量子密鑰分發(fā)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(lián)合中外相關團隊，實現(xiàn)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1120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，保證了公平采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，并確保了現(xiàn)實安全性。
《自然》雜志審稿人稱贊該工作“展示了一項開創(chuàng)性實驗的結果”，“這是朝向構建全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡甚至量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步”，“不依賴可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發(fā)協(xié)議實驗的實現(xiàn)是一個里程碑”。
此外，基于該研究成果發(fā)展起來的高效星地鏈路收集技術，可以將量子衛(wèi)星載荷重量由現(xiàn)有的幾百公斤降低到幾十公斤以下，同時將地面接收系統(tǒng)的重量由現(xiàn)有的10余噸大幅降低到100公斤左右，實現(xiàn)小型化、可搬運，為將來衛(wèi)星量子通信的規(guī)?；⑸虡I(yè)化應用奠定了堅實基礎
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