《劫了墨子号就能潘建伟:想太多》
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6月15日,英国《自然》杂志在线发表了一篇题为“基于纠缠的千公里级安全量子加密”的研究论文,潘建伟团队联合牛津大学教授Artur Ekert,中科院院士、中科院上海技術物理研究所研究员王建宇团队,中科院微小卫星创新研究院,中科院光电技术研究所等相关团队,利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次实现了基于纠缠的千公里级量子密钥分发.
该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级,并且通过物理原理,确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下,依然能实现安全的量子通信,实现了量子通信向现实应用的重要突破.
通过国际学术界30余年的努力,目前现场点对点光纤量子密钥分发的安全距离达到了百公里量级,而实验室里则能达到500公里.
可要想进行更长距离的量子通信,就只能用“信息驿站”了.利用可信的中继,人们可以有效地拓展量子通信的距离.
2017年,“墨子号”圆满实现了既定的三大科学目标——千公里级的量子纠缠分发、量子密钥分发及量子隐形传态后,按说可以“光荣退休”了,可潘建伟总觉得,这颗先进的科学卫星,还能做更多的事.
在潘建伟的构想中,利用卫星作为量子纠缠源,通过自由空间信道在遥远两地直接分发纠缠,为现有技术条件下实现基于纠缠的量子保密通信提供了可行的道路.
2017年,“墨子号”首次实现千公里量级的自由空间量子纠缠分发后,实现基于纠缠的远距离量子密钥分发,就成了国际学术界热切期盼的目标.
从理论上说,基于纠缠的量子密钥分发的原理是无论处于纠缠状态的粒子之间相隔多远,只要测量了其中一个粒子的状态,另一个粒子的状态也会相应确定,这样,在遥远两地的用户之间,就会产生密钥.
由于对粒子的测量局域地发生在用户端,纠缠源并不掌握密钥的任何信息,即使纠缠源由不可信的他方提供,只要用户间能够检测到量子纠缠,就仍然可以产生安全的密钥.
不过,想让天上的卫星干更多活,科学家需要在地面上做许多准备.基于前期的实验工作和技术积累,研究团队通过对地面望远镜主光学和后光路进行升级,实现了单边双倍、双边四倍接收效率的提升.
“墨子号”卫星过境时,同时与相隔1120公里的新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路,以每秒两对光子的速度在两个站之间建立起了量子纠缠,进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥.
《自然》杂志审稿人评论称,该工作“展示了一项开创性实验的结果,这是朝向构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步,我的确认为不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议的实验实现是一个里程碑”.
◎ 来源|中国科学报
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