(北京二十日電)世界首顆量子通信實驗衛星完成目標;世界首條量子保密通信「京滬幹線」開通;世界首次洲際量子通信……在過去一年裡,中國科學技術大學潘建偉團隊帶領「中國隊」迅速走到了量子通信的前沿領域。 1月19日,中國科學技術大學披露了首次洲際量子通信的更多技術細節。通過「墨子號」的中繼,相距7600公里的中國和奧地利完成量子保密通信。 北京向維也納發送了一張大小5.34kB的「墨子號」照片,而維也納則向北京發送了一張大小4.9kB的薛定諤照片,使用一段80kbit的量子密鑰進行一次性加密。 這次量子保密通信與潘建偉的博士導師、奧利地科學院Anton Zeilinger教授合作完成。「墨子號」向北京附近的興隆地面站和維也納附近的格拉茨(Graz)地面站進行了量子糾纏分發,與兩個地面站間各自產生一段密鑰。接著,按照地面指令,「墨子號」給兩段密鑰進行逐位異或運算,將結果發送給其中一個地面站,由此,中歐兩個距離長達7600公里的位點之間建立了密碼。 此外,中國科學院還與奧地利科學院進行了洲際量子保密視頻會議,採用128位高級加密標準(每秒刷新128位種子密鑰表)。視頻會議持續了75分鐘,共傳輸約2GB數據,中奧雙方交換了一段560kbit的量子密鑰。 傳統的公鑰密碼系統依賴特定數學函數的計算難度,但理論上都可以被破解。相反,量子密鑰分發是迄今唯一被嚴格證明無條件安全的加密方式。通信者用量子疊加態對信息進行加密,而基於量子不可複製原理,任何竊聽行為都會對整個通信系統造成干擾。 經過十多年的實驗探索,潘建偉團隊將量子糾纏分發距離從十幾公里拓展到404公里,實現了世界上最遠距離的點到點光纖密鑰分發,可以滿足城際量子通信的需求。 不過,光纖或地面自由空間傳輸的損耗較大,量子通信距離僅限於數百公里。為了實現地球上任意兩點間的量子通信,利用「天地鏈路」是個可行的方案。光子在地面與衛星間傳輸時,經過的距離絕大多數是真空,產生的損耗和退相干程度可以忽略不計。 潘建偉團隊在2016年8月將世界首顆量子通信實驗衛星「墨子號」送上500公里高的近地軌道。與「墨子號」進行合作實驗的5個地面站也相繼落成,分別位於河北興隆、新疆南山、青海德令哈、雲南麗江和西藏阿里。 2017年,潘建偉團隊宣佈「墨子號」在一年時間內圓滿完成三大科學目標:超過1200公里的星地誘騙態量子密鑰分發;距離1200公里的星地量子糾纏分發和貝爾態測量;地星量子隱形傳態。 這三個突破性的實驗是搭建全球量子通信網絡的基石。結果證實,針對1200公里的量子密鑰分發,衛星鏈路效率比光纖高出了20多個數量級。 如今,地面「京滬幹線」和天上的「墨子號」星地鏈路已經進行了整合。2017年9月底,世界首條量子保密通信幹線--「京滬幹線」正式開通,全長2000公里,貫穿濟南和合肥。而興隆地面站通過光纖接入了北京的多個量子通信網點。政府機構、銀行和保險公司正通過實際應用測試量子通信骨幹網絡。
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