中國青年報客戶端訊（中青報·中青網記者 邱晨輝）「墨子號」衛星再次迎來突破。中國科學技術大學等國內外單位的研究團隊利用全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」，在國際上實現基於糾纏的無中繼千公裡級量子保密通信。這一重大突破的成果論文，於北京時間6月15日深夜在國際學術期刊《自然》在線發表。
這也是繼實現實驗室內500公裡點對點光纖量子密鑰安全分發、依託可信中繼站點建成約2000公裡光纖量子保密通信骨幹網「京滬幹線」、以量子衛星作為可信中繼實現約7600公裡洲際量子保密通信之後，中國科學技術大學潘建偉院士團隊再次獲得新的科研突破。
（潘建偉院士團隊最新科研突破的實驗示意圖。潘建偉科研團隊 供圖）
據潘建偉介紹，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。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，比如利用「墨子號」量子衛星作為中繼，在自由空間信道可以拓展到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的中繼節點範圍內，中繼節點的安全仍然需要得到人為保障。」潘建偉說。如今，這次實驗則將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高一個數量級，並確保即使在衛星被攻擊、遭控制的極端情況下依然能實現安全的量子保密通信。
他告訴記者，研究團隊此次最新突破的科研成果，即基於「墨子號」衛星的前期實驗工作和技術積累，通過對地面望遠鏡主光學和後光路進行升級，實現單邊雙倍、雙邊四倍接收效率的提升。「墨子號」衛星過境時，同時與新疆烏魯木齊南山站和青海德令哈站兩個地面站建立光鏈路，以每秒2對的速度在地面超過1120公裡的兩個站之間建立量子糾纏，進而在有限碼長下以每秒0.12比特的最終碼速率產生密鑰。實驗中，科研人員通過對地面接收光路和單光子探測器等方面進行精心設計和防護，保證所生成密鑰不依賴可信中繼，並確保現實安全性。
《自然》雜誌審稿人稱讚該研究工作是「朝向構建全球化量子密鑰分發網絡甚至量子網際網路的重要一步」，認為「不依賴可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發協議的實驗實現是一個裡程碑」，也正如量子密碼提出者之一吉列斯·布拉薩德所言「這將最終實現所有密碼學者千年來的夢想」。
「當然，這次科研突破，目前只是科學上的原理演示，離實際應用還有較遠距離。」潘建偉說。在他看來，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。
（來源：中國青年報客戶端）