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來源：Nature
編輯：yaxin
【新智元導讀】中科大今日凌晨宣布，中國科研團隊實現了跨越4600公裡的星地量子密鑰分發，成功構建全球首個天地一體化量子通信網絡！該成果由中科大潘建偉團隊在《Nature》雜誌上發表。
又一張網通了！
中科大凌晨宣布：中國科研人員成功構建全球首個天地一體化量子通信網絡。
這一最新進展由中國科學技術大學潘建偉、陳宇翱、彭承志帶領的研究小組在《Nature》雜誌上發表了題為「跨越4600公裡的天地一體化量子通信網絡」（An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres）的論文。
4600公裡！全球首個星地量子通信網：「墨子號」牽手「京滬幹線」
與常規加密不同，量子通信是不可入侵的，被認為是銀行、電網和其他產業安全信息傳輸的未來。
量子通信的核心是量子密鑰分發（QKD），它通過使用粒子（例如光子）的量子狀態來形成一串零和一的字符。任何在發送者和接收者之間進行的竊聽都會改變該串或密鑰，因此人們會立即發現問題。
到目前為止，最常見的量子密鑰分發技術主要有光纖和自由空間兩種實現方式。
光纖QKD技術具有很高的穩定性，不易受天氣等環境因素的影響，可以實現基本恆定的安全碼率，在城域城際範圍內可以方便的連接到千家萬戶，但信道損耗很大。
若想實現超遠距離、島嶼、移動目標等光纖資源受限的場景，就需要利用衛星和地面站之間的自由空間進行千公裡級別的傳輸，通過將地面光纖和自由空間的結合，能夠實現大規模、全覆蓋的量子通信網絡。
潘建偉研究團隊在《Nature》雜誌上發表的論文對量子通信網絡的最新成果進行了一個系統性總結。
中科大研究人員在量子保密通信京滬幹線與「墨子號」量子衛星成功對接的基礎上，集成了700多條地面光纖量子密鑰分發鏈路和兩個星地自由空間高速QKD鏈路的廣域量子通信網絡。
圖源：中國科學技術大學
最新的量子通信網絡實現了地面跨度4600公裡的星地一體的大範圍、多用戶量子密鑰分發。
與此同時，這一網絡進行了長達兩年多的穩定性和安全性測試、標準化研究以及政務金融電力等不同領域的應用示範。
在過去的幾年中，中科大的研究團隊對集成網絡的不同部分進行了廣泛的測試和改進。
這次構建的量子通信網絡是大尺度網絡，包含了4個城市光纖量子網絡、1個遠距離光纖骨幹網絡和2個高速衛星-地面連結通路。
同時，星地之間的安全密鑰速率也提升了40倍，達到47.8kbps，可以說是目前最高效的量子通信網絡。
該研究團隊還使用了名為Twinfield QKD（TF-QKD）的新技術，將地面QKD記錄推到了500多公裡。
最新的量子通信網絡實現了地面跨度4600公裡的星地一體的大範圍、多用戶量子密鑰分發。
與此同時，這一網絡進行了長達兩年多的穩定性和安全性測試、標準化研究以及政務金融電力等不同領域的應用示範。
150多家行業用戶接入，廣域量子通信網為未來研究提供「天地實驗室」
星地量子通信網的最新成果證明了廣域量子保密通信技術在實際應用中的條件已初步成熟。經過20多年的努力，中國在量子通信方面實現了從跟跑到領跑的重大轉變。
2016年，中國發射了世界上第一顆量子通信衛星「墨子號」，並通過兩顆衛星實現了量子密鑰分發相距地面站2600公裡。
2017年9月，北京和上海之間的量子密鑰分發乾線超過2000多公裡，覆蓋四省三市共32個節點，是目前世界上最遠距離的基於可信中繼方案的量子安全密鑰分發乾線。
量子保密通信京滬幹線可以抵禦目前所有已知的量子黑客攻擊方案，同時它的密鑰分發量可以支持1.2萬以上用戶同時使用。
目前，中科大構建的全球首個天地一體化量子通信網絡已經接入包括金融、電力、政務等150多家行業用戶，廣域量子通信網絡的雛形已基本形成。
未來，廣域量子通信網絡可進一步推動量子通信在多種場景的廣泛應用。
地面網絡與量子衛星結合，為超大尺度量子幹涉的相關實驗提供了有利基礎，也為相對論、引力波等科學研究提供了廣闊的「天地實驗室」。
《Nature》雜誌審稿人表示，「這是地球上最大、最先進的量子密鑰分發網絡，是量子通信巨大的工程性成就」。
「量子之父」潘建偉：讓量子通信馳騁於天地之間
但凡對量子力學和量子計算有所關注的人，不可能不知道潘建偉。
畢業於中科大近代物理系，在奧地利完成博士學位的潘建偉，2001年起一手搭建起了中國的量子實驗室。
這位中國科學技術大學的教授，中國科學院院士，時常被稱為「中國量子之父」——他當之無愧。
潘建偉的團隊2003年開始研究量子衛星。全球首顆量子衛星「墨子號」在酒泉衛星發射中心發射升空讓更多的人認識到了量子力學的妙用，同時也認識了這位偉大的量子力學家。
除了衛星，量子通信也實現了實際運用。全長2000多公裡的量子通信京滬幹線全線貫通，採用光纖傳輸量子信號，實現兩地量子保密通信，同時它的北京接入點與墨子號衛星連接，突破了地面光纖傳輸的距離短板。
潘建偉團隊一系列的科研成果使我國量子保密通信的實驗研究和應用研究處於國際領先水平。這讓更多的人相信，量子通信實現全球覆蓋將成為可能。
可以說，潘建偉是一位手握量子「秘鑰」的科學家。
潘建偉和研究團隊取得的重大成果紛紛得到了網友們的讚揚和肯定。
「加油，中國科研力量！」
參考連結：
http://news.ustc.edu.cn/info/1055/73813.htm