記者從中國(guó)科學(xué)院獲悉，我國(guó)科學(xué)家利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)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(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。

該實(shí)驗(yàn)成果不僅將以往地面無(wú)中繼量子保密通信的空間距離提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且通過(guò)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(shí)現(xiàn)安全的量子通信，取得了量子通信現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的重要突破。

研究團(tuán)隊(duì)領(lǐng)銜者、中國(guó)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(wú)條件安全的通信方式，但要從實(shí)驗(yàn)室走向廣泛應(yīng)用，還需要解決遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的安全性挑戰(zhàn)。

此前，通過(guò)國(guó)際學(xué)術(shù)界30余年的努力，現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖量子密鑰分發(fā)的安全距離達(dá)到了百公里量級(jí)。再遠(yuǎn)的距離，就需要可信中繼節(jié)點(diǎn)的輔助，也相應(yīng)地增加了風(fēng)險(xiǎn)。

“例如，在星地量子密鑰分發(fā)過(guò)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(xiǎn)。”潘建偉說(shuō)。

潘建偉表示，解決這一問(wèn)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(yuǎn)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(lái)，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(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)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(rèn)為不依賴可信中繼的長(zhǎng)距離糾纏量子密鑰分發(fā)協(xié)議的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)是一個(gè)里程碑”。

該研究由中國(guó)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(tuán)隊(duì)，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(tuán)隊(duì)、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所等相關(guān)團(tuán)隊(duì)共同完成。迄今，“墨子號(hào)”研究團(tuán)隊(duì)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(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

另?yè)?jù)了解，基于該研究成果發(fā)展起來(lái)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(shí)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(shí)現(xiàn)接收系統(tǒng)的小型化、可搬運(yùn)。另外，如果結(jié)合最新發(fā)展的量子糾纏源技術(shù)，未來(lái)衛(wèi)星上可每秒產(chǎn)生10億個(gè)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(guò)境幾萬(wàn)比特。這些技術(shù)的發(fā)展，都為將來(lái)衛(wèi)星量子通信的規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。