實驗示意圖
國際在線消息（記者 李琳）：最近，中外科學家研究團隊等共同利用中國「墨子號」量子科學實驗衛星，在國際上首次實現千公裡級基於糾纏的量子密鑰分發。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量級，並且通過物理原理確保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然能實現安全的量子通信，取得了量子保密通信現實應用的重要突破。6月15日，研究團隊在國際著名學術期刊《自然》雜誌上在線發表了相關研究論文。
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，需要解決兩大挑戰，分別是現實條件下的安全性問題和遠距離傳輸問題。通過國際學術界30餘年的努力，目前現場點對點光纖量子密鑰分發的安全距離達到了百公裡量級。在現有技術水平下，使用可信中繼可以有效拓展量子通信的距離，比如世界首條量子保密通信京滬幹線通過32個中繼節點，貫通了全長2000公裡的城際光纖量子網絡；而利用量子科學實驗衛星「墨子號」作為中繼，在自由空間信道進一步拓展到了7600公裡的洲際距離。
然而，儘管可信中繼將傳統通信方式中整條線路的安全風險限制在有限個中繼節點範圍，中繼節點的安全仍然需要得到人為保障。例如，在星地量子密鑰分發過程中，量子衛星作為可信中繼，掌握著用戶分發的全部密鑰，如果衛星被他方控制，就存在信息洩漏的風險。
中科院院士、中國科技大學教授潘建偉介紹，實現遠距離安全量子通信的最佳解決方案是結合量子中繼和基於糾纏的量子密鑰分發。「基於糾纏的量子保密通信，不需要用中繼器的遠距離量子通信，可以實現量子密鑰分發的終極安全性。因為在這個過程當中，只要在『張三』『李四』這裡產生糾纏，中間所謂量子中繼都只負責糾纏的分發，它是不會掌握有密鑰的信息的。在這種情況下，即使這些中間的站點有都是被不可信的設備所操作，只要最後『張三』和『李四』能夠確認有糾纏的存在，就能夠產生安全的密鑰。」
潘建偉說，利用衛星作為量子糾纏源，通過自由空間信道在遙遠兩地直接分發糾纏，為現有技術條件下實現基於糾纏的量子保密通信提供了可行的道路。特別是「墨子號」量子科學實驗衛星在2017年首次實現千公裡量級的自由空間量子糾纏分發後，實現基於糾纏的遠距離量子密鑰分發就成為國際學術界熱切期盼的目標。
最近，潘建偉院士團隊聯合中科院上海技術物理研究所王建宇研究團隊、微小衛星創新研究院、光電技術研究所等相關團隊，利用「墨子號」量子科學實驗衛星，在國際上首次實現千公裡級基於糾纏的量子密鑰分發。潘建偉說：「第一個，我們在不需要任何中繼的情況下，量子密鑰分發的實際距離把從前的100公裡突破到了1000公裡量級，這次是1120公裡。另外一個更加重要的是，即使是衛星是由別人製造的，是不可信的，只要按照我們這個程序來做，它產生的密鑰也是安全的。而且結合我們目前最新發展的量子糾纏源的技術，它是有實用價值的。」
相關研究成果已於6月15日發表在了國際著名學術期刊《自然》雜誌上。該雜誌一位審稿人稱讚這是一項開創性的實驗結果。他說，該研究成果是現實條件下實現安全、遠距離量子保密通信的重要突破，如同沃爾夫物理學獎獲得者、量子密碼的提出者之一吉列斯-布拉薩德所指出的，「這將最終實現所有密碼學者千年來的夢想。
中科院院士潘建偉還表示，基於該研究成果發展起來的高效星地鏈路收集技術，可以將量子衛星載荷重量由現有的幾百公斤降低到幾十公斤以下，同時將地面接收系統的重量由現有的10餘噸大幅降低到100公斤左右，實現接收系統的小型化、可搬運，為將來衛星量子通信的規模化、商業化應用奠定了堅實的基礎。