世界上第一個集成量子通信網絡

2021-01-09 騰訊網

中國科學家建立了世界上第一個綜合量子通信網絡，將地面700多根光纖與兩個地對衛星鏈路相結合，為全國用戶實現總距離4600公裡的量子密鑰分布。由合肥中國科技大學潘建偉、陳玉耀、彭成志率領的研究小組在《自然》雜誌上報導了他們向全球、實際應用這種網絡進行未來通信的最新進展。

與傳統加密不同，量子通信被認為是不可破解的，因此是銀行、電網和其他部門安全信息傳輸的未來。量子通信的核心是量子密鑰分布（QKD），它使用粒子的量子態（如光子）形成一串零和一，而發送方和接收方之間的任何竊聽都會更改此字符串或密鑰並立即被注意到。到目前為止，最常見的QKD技術使用光纖傳輸數百公裡，具有高穩定性，但信道損耗相當大。另一項主要的QKD技術利用衛星和地面站之間的自由空間進行千公裡級傳輸。2016年，中國發射了世界上第一顆量子通信衛星（QUES，或Mozi/Micius），並在兩個相距2600公裡的地面站實現了QKD。2017年，北京和上海之間的QKD光纖網絡建成2000多公裡。

利用值得信賴的中繼，地面光纖網絡和衛星對地鏈路整合在一起，為全國150多個工業用戶服務，包括國家和地方銀行、市政電網和電子政府網站。USTC教授潘建偉說："我們的工作表明，量子通信技術對於大規模實際應用已經足夠成熟。同樣，如果將不同國家的國家量子網絡合併，如果大學、機構和公司聯合起來，將相關協議、硬體等標準化，就可以建立全球量子通信網絡。

近年來，該團隊對集成網絡不同部分的性能進行了廣泛測試和改進。例如，隨著時鐘速率的提高和QKD協議的提高，衛星對地QKD現在的平均密鑰生成速率為47.8千比特/秒，比之前的速率高40倍。研究人員還利用一種名為雙場QKD（TF-QKD）的新技術，將地面QKD的記錄推高到500公裡以外。

接下來，該團隊將進一步擴大在中國的網絡，並與中國來自奧地利、義大利、俄羅斯和加拿大的國際合作夥伴合作。它們還旨在開發小型、經濟高效的QKD衛星和地面接收機，以及中高地球軌道衛星，以實現1萬公裡級QKD的時數。

用於安全通信的量子密碼密鑰，其分布距離比之前嘗試更遠 1，000 公裡

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