記者從中國科學(xué)院獲悉，我國科學(xué)家利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。相關(guān)論文6月15日發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

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(shù)量級，并且通過物理原理確保了即使在衛(wèi)星被他方控制的極端情況下依然能實現(xiàn)安全的量子通信，取得了量子通信現(xiàn)實應(yīng)用的重要突破。

研究團隊領(lǐng)銜者、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士介紹，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(yīng)用，還需要解決遠距離傳輸時的安全性挑戰(zhàn)。

此前，通過國際學(xué)術(shù)界30余年的努力，現(xiàn)場點對點光纖量子密鑰分發(fā)的安全距離達到了百公里量級。再遠的距離，就需要可信中繼節(jié)點的輔助，也相應(yīng)地增加了風(fēng)險。

“例如，在星地量子密鑰分發(fā)過程中，量子衛(wèi)星作為可信中繼，掌握著用戶分發(fā)的全部密鑰，如果衛(wèi)星被他方控制，就存在信息泄漏的風(fēng)險。”潘建偉說。

潘建偉表示，解決這一問題的最佳方案就是基于糾纏的量子密鑰分發(fā)。“利用衛(wèi)星作為量子糾纏源，在遙遠兩地直接分發(fā)糾纏。用戶間利用接收到的糾纏直接產(chǎn)生密鑰，不需要衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)。這樣一來，衛(wèi)星本身并不掌握密鑰，即使它被別人控制，密碼也是安全的。”

《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(jié)果”“這是朝向構(gòu)建全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)甚至量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步”“我的確認為不依賴可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發(fā)協(xié)議的實驗實現(xiàn)是一個里程碑”。

該研究由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的研究團隊，聯(lián)合牛津大學(xué)Artur Ekert、中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇團隊、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所等相關(guān)團隊共同完成。迄今，“墨子號”研究團隊已在《自然》及《科學(xué)》雜志發(fā)表了5篇研究論文，在量子通信技術(shù)前沿研究領(lǐng)域積累了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

另據(jù)了解，基于該研究成果發(fā)展起來的高效星地鏈路收集技術(shù)，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)接收系統(tǒng)的小型化、可搬運。另外，如果結(jié)合最新發(fā)展的量子糾纏源技術(shù)，未來衛(wèi)星上可每秒產(chǎn)生10億個糾纏光子，最終密鑰成碼率將提高到每秒幾十比特或單次過境幾萬比特。這些技術(shù)的發(fā)展，都為將來衛(wèi)星量子通信的規(guī)?；?、商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。