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欧博电脑版:“墨子号”实现无中继千公里量子保密通讯

2020-06-16 14:16 出处:  人气:   评论( 0

本报记者 陆成宽

远距离平安量子通讯再获突破!

来自中国科学手艺大学等海内外单位的研究团队行使“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验功效不仅将以往地面无中继量子保密通讯的空间距离提高了一个数量级,而且通过物理原理确保纵然在卫星被他方控制的极端情况下,依然能实现平安的量子通讯,取得了量子通讯现实应用的主要突破。相关研究功效6月15日在线发表于《自然》杂志上。

量子通讯提供了一种原理上无条件平安的通讯方式,但要从实验室走向广泛应用,需要解决两大挑战,分别是现实条件下的平安性问题和远距离传输问题。在现有手艺水平下,使用可信中继可以有用拓展量子通讯的距离,好比行使“墨子号”量子卫星作为中继,在自由空间信道可以拓展到7600公里的洲际距离。“然而,只管可信中继将传统通讯方式中整条线路的平安风险限制在有限的中继节点范围内,中继节点的平安仍然需要获得人为保障。”中科院院士、中国科学手艺大学教授潘建伟说。

实现远距离平安量子通讯的最佳解决方案是连系量子中继和基于纠缠的量子密钥分发。基于纠缠的量子密钥分发的原理是,无论处于纠缠状态的粒子之间相隔多远,只要测量了其中一个粒子的状态,另一个粒子的状态也会响应确定,这一特征可以用来在遥远两地的用户间发生密钥。

行使卫星作为量子纠缠源,通过自由空间信道在遥远两地直接分发纠缠,为现有手艺条件下实现基于纠缠的量子保密通讯提供了可行的门路。

基于“墨子号”量子卫星的前期实验工作和手艺积累,研究团队通过对地面望远镜主光学和后光路系统举行升级,实现了单边双倍、双边四倍吸收效率的提升。“墨子号”量子卫星过境时,可以同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站确立光链路,以每秒两对的速率在地面跨越1120公里的两个站之间确立量子纠缠,进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率发生密钥。“在实验中,通过对地面吸收光路和单光子探测器等方面举行精心设计和防护,保证了公正采样和对所有已知侧信道的免疫,所天生的密钥不依赖可信中继,并确保了现实平安性。”潘建伟说,连系最新生长的量子纠缠源手艺,未来卫星上可每秒发生10亿个纠缠光子,最终密钥成码率将提高到每秒几十比特或单次过境几万比特。

对此,《自然》杂志审稿人赞美道,“这是朝向构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的主要一步。”“我简直以为不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议的实现是一个里程碑。”

潘建伟示意,基于该研究功效生长起来的高效星地链路网络手艺,可以将量子卫星载荷重量由现有的几百公斤降低到几十公斤以下,同时将地面吸收系统的重量由现有的10余吨大幅降低到100公斤左右,实现吸收系统的小型化、可搬运,为未来卫星量子通讯的规模化、商业化应用奠基了坚实的基础。

(科技日报北京6月15日电)

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