國際首次！潘建偉團隊實現基於糾纏的千公里級量子密鑰分發

【環球網科技報道 記者 *林迪】*6月16日消息，記者從中國科學院官網以及外媒《Nature》雜誌瞭解到，潘建偉團隊聯合英國牛津大學教授Artur Ekert，中科院院士、中科院上海技術物理研究所研究員王建宇團隊，中科院微小衞星創新研究院，中科院光電技術研究所等相關團隊，利用“墨子號”量子科學實驗衞星，在國際上首次實現了基於糾纏的千公里級量子密鑰分發。

據悉，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，確保了即使在衞星被他方控制的極端情況下，依然能實現安全的量子通信，成為量子通信向現實應用的重要突破。

如中科院院士、中國科學技術大學教授潘建偉所説，“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。”

據介紹，在現實條件下，地面現場點對點的安全傳輸距離只能做到100公里。目前，全世界科學家經過長期的努力，到今年最好的結果是在實驗室裏麪點對點用光纖可以做到500公里。但是在全球範圍內，地面的兩個點現場距離只能做到100公里。

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里量級，而實驗室裏則能達到500公里。

對此，潘建偉進一步解釋稱，“要想進行更長距離的量子通信，就只能使用‘信息驛站’了。即利用可信的中繼，人們可以有效地拓展量子通信的距離。”

據《中國科學報》報道，世界首條量子保密通信京滬幹線通過32箇中繼節點，貫通了全長2000公里的城際光纖量子通信網絡。而利用“墨子號”作為中繼，中國科學家已經在自由空間信道實現了7600公里的洲際通信距離。

“從理論上講，量子通信線路是安全的，但這些中繼節點的安全性，還需要得到人為的保障。假如人們使用量子衞星來作為中繼節點，衞星就掌握着用户分發的全部密鑰，一旦衞星被他方控制，仍然會有信息泄露的風險。”潘建偉表示，“發一顆衞星不容易。我們想嘗試一下，如果把‘墨子號’作為糾纏源，而不是中繼點，去產生安全的密鑰，那麼就有可能解決由量子通信源端不完美帶來的安全問題。”

資料顯示，處於糾纏狀態的粒子之間無論相隔多遠，只要測量其中一個粒子的狀態，另一個粒子的狀態也會相應確定，這一特性可以用來在遙遠兩地的用户間直接產生密鑰，而不需要可信中繼來中轉。於是，實現遠距離安全量子通信的最佳解決方案是基於糾纏的量子密鑰分發。

隨後，基於前期的實驗工作和技術積累，研究團隊通過對地面望遠鏡主光學和後光路進行升級，實現了單邊雙倍、雙邊四倍接收效率的提升。

“即使衞星是由別人製造的，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。或者説衞星即使是被他方控制的情況下，也能夠提供安全的量子通信，而且結合我們目前最新發展的量子糾纏源的技術，它是可以有實用價值的。”潘建偉在採訪中表示，除了首次實現基於糾纏的無中繼千公里級量子保密通信，團隊基於這項研究成果發展起來的高效星地鏈路收集技術，未來可以把地面上接收終端的重量大大降低，由13噸變成100公斤，那麼它就變成一個輕量化可搬運的地面接收系統了，可以大幅度降低量子衞星的研製和發射成本，為將來的規模和商業化奠定了基礎。

對此，外媒《Nature》雜誌審稿人評論這一研究工作稱，“不依賴可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發協議的實驗是一個里程碑，是朝向構建全球化量子密鑰分發網絡甚至量子互聯網的重要一步”。