2021-01-07 09:30 扬子晚报网

跨越4600公里的天地一体化量子通讯网络示意图。(中国科学手艺大学供图)

32年前,人类历史上首次量子通讯在实验室降生,传输了32厘米。现在,经由两年多不中断运行,世界首条量子保密通讯干线——量子保密通讯京沪干线的稳定性、平安性均得到了验证。今天破晓,国际著名学术期刊《自然》杂志以“跨越4600公里的天地一体化量子通讯网络”为题,报道了这项中国量子科技的又一主要功效。

这项功效不仅实现了跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发(QKD),也证实了量子保密通讯手艺在现实应用中的条件已经完全成熟,标志着我国已构建出天地一体化广域量子保密通讯网络雏形,为未来实现笼罩全球的量子保密通讯网络奠基了坚实的科学与手艺基础。

“墨子号”量子科学实验卫星于2011年12月立项,是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。2016年8月16日发射升空后,在国际上率先乐成实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发、高速星地量子密钥分发、地星量子隐形传态等实验。

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“京沪干线”项目于2013年7月立项,2017年9月29日开通,整个项目建设周期42个月。建设时代,“京沪干线”项目组突破了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控监控等系列工程化实现的关键手艺,并乐成实现首次洲际量子通讯。

在2017年量子保密通讯京沪干线与“墨子号”量子卫星乐成对接的基础上,中国科学手艺大学潘建伟教授及其同事陈宇翱、彭承志等,与中国科学院上海手艺物理研究所王建宇研究组、济南量子手艺研究院,以及中国有线电视网络有限公司互助,乐成组建世界上首个集成了700多条地面光纤量子密钥分发链路和两个卫星对地自由空间高速QKD链路的广域量子通讯网络。

经由稳定性测试、平安性测试,上述功效总结性揭晓在国际权威学术期刊《自然》杂志上。据陈宇翱先容,京沪干线自开通之后,以知足通讯行业标准的无中断运行至今,其稳定性得到了充实验证。其间,研究团队针对量子信道展开了大量平安性测试,证实其可抵御现在已知的所有量子黑客的攻击。

两年多来,通过优化地面站系统、提高QKD发射系统时钟频率、改善密钥分发协议,团队实现了高速星地密钥分发,其密钥分发速率较两年条件高了40倍。与此同时,研究团队还进行了量子通讯手艺的标准化研究。在天地一体化量子通讯网络大量测试效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体例国际标准《QKD平安要求、测试与评估方式》,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平安要求、QKD网络功效架构等国际标准。

《自然》杂志审稿人给予该功效以高度评价:“论文报告了一个令人印象深刻的工程成就”“形貌了地球上最大、最先进的QKD网络”,“对于任何对QKD领域、网络平安感兴趣,甚或喜好大型未来工程的人来说,这项功效都极具分量”。

此外,研究团队还致力于量子通讯系统的小型化、低成本、国产化。最近,研究团队乐成研制出重量约百公斤的量子密钥分发小型地面站,未来有望进一步做到可单人搬运。同时,在保证密钥分发速率的条件下,团队还研制乐成了几十公斤的小型化空间量子密钥分发载荷,这也为形成卫星量子通讯国际手艺标准奠基了基础。

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