《自然》杂志:中国量子通信技术大规模应用已成熟

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北京时间1月7日凌晨,中国科学技术大学潘建伟团队在《自然》杂志上发文表示,量子通信技术大规模应用已成熟。

中国媒体第一财经1月7日报道,中国科学技术大学教授潘建伟表示:“我们的工作表明,量子通信技术对于大规模的实际应用已经足够成熟。类似地,如果把来自不同国家的国家量子网络合并在一起,并且如果大学,机构和公司聚集在一起以标准化相关协议、硬件等,则可以建立全球量子通信网络。”

研究团队在量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上,构建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络,实现了地面跨度4,600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发,并进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究以及政务金融电力等不同领域的应用示范。

这项研究成果由潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作。

“论文是对上述成果的一个系统性总结,证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。中国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。”中国科学技术大学在官方网站上称。

尽管研究论文是一项总结性的工作,但是意义重大。自“墨子号”量子卫星于2016年8月发射以来,研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上,实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发,生成速率比之前的工作高出约40倍;研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1,200公里拓展到2,000公里,相应的地面站俯仰角跨度可达170°,几乎可覆盖整个天空。

“文章的发表比实际工作晚上几年很正常,因为期间需要进行大量的验证工作,这也体现了科学的严谨性。”一位量子通信领域专家表示,“中国也是唯一一个具有验证天地一体化量子通信网络可行性能力的国家。”

与传统的加密不同,量子通信被认为是不可破解的。量子通信的核心是量子密钥分发(QKD),它使用粒子的量子状态(例如光子)形成一串加密字符串或者密钥,在发送方和接收方之间进行的任何窃听都会更改此字符串或密钥,并立即引起注意。

根据《自然》论文,未来该团队将与来自奥地利、意大利、俄罗斯和加拿大的国际合作伙伴进一步扩大在中国的网络。他们还将致力于开发小型、经济高效的QKD卫星和地面接收器,以及中高地球轨道卫星,以实现空前的万公里级QKD传输。

另据中国科学技术大学介绍,在天地一体化量子通信网络大量测试结果及标准化研究的基础上,全球三大标准化组织之一ISO/IEC正在基于京沪干线的实践编制国际标准《QKD安全要求、测试与评估方法》,另一国际组织ITU也正基于京沪干线的建设模式起草可信中继安全要求、QKD网络功能架构等国际标准。

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