国际首次！潘建伟团队实现基于纠缠的千公里级量子密钥分发

       6月16日消息，记者从中国科学院官网以及外媒《Nature》杂志了解到，潘建伟团队联合英国牛津大学教授Artur Ekert，中科院院士、中科院上海技术物理研究所研究员王建宇团队，中科院微小卫星创新研究院，中科院光电技术研究所等相关团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现了基于纠缠的千公里级量子密钥分发。

       据悉，该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理，确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下，依然能实现安全的量子通信，成为量子通信向现实应用的重要突破。

       如中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟所说，“量子通信提供了一种原理上无条件安全的通信方式，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安全性问题和远距离传输问题。”

       据介绍，在现实条件下，地面现场点对点的安全传输距离只能做到100公里。目前，全世界科学家经过长期的努力，到今年最好的结果是在实验室里面点对点用光纤可以做到500公里。但是在全球范围内，地面的两个点现场距离只能做到100公里。

       通过国际学术界30余年的努力，目前现场点对点光纤量子密钥分发的安全距离达到了百公里量级，而实验室里则能达到500公里。

       对此，潘建伟进一步解释称，“要想进行更长距离的量子通信，就只能使用‘信息驿站’了。即利用可信的中继，人们可以有效地拓展量子通信的距离。”

       据《中国科学报》报道，世界首条量子保密通信京沪干线通过32个中继节点，贯通了全长2000公里的城际光纤量子通信网络。而利用“墨子号”作为中继，中国科学家已经在自由空间信道实现了7600公里的洲际通信距离。

       “从理论上讲，量子通信线路是安全的，但这些中继节点的安全性，还需要得到人为的保障。假如人们使用量子卫星来作为中继节点，卫星就掌握着用户分发的全部密钥，一旦卫星被他方控制，仍然会有信息泄露的风险。”潘建伟表示，“发一颗卫星不容易。我们想尝试一下，如果把‘墨子号’作为纠缠源，而不是中继点，去产生安全的密钥，那么就有可能解决由量子通信源端不完美带来的安全问题。”

       资料显示，处于纠缠状态的粒子之间无论相隔多远，只要测量其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态也会相应确定，这一特性可以用来在遥远两地的用户间直接产生密钥，而不需要可信中继来中转。于是，实现远距离安全量子通信的最佳解决方案是基于纠缠的量子密钥分发。

随后，基于前期的实验工作和技术积累，研究团队通过对地面望远镜主光学和后光路进行升级，实现了单边双倍、双边四倍接收效率的提升。

       “即使卫星是由别人制造的，是不可信的，只要按照我们这个程序来做，它产生的密钥也是安全的。或者说卫星即使是被他方控制的情况下，也能够提供安全的量子通信，而且结合我们目前最新发展的量子纠缠源的技术，它是可以有实用价值的。”潘建伟在采访中表示，除了首次实现基于纠缠的无中继千公里级量子保密通信，团队基于这项研究成果发展起来的高效星地链路收集技术，未来可以把地面上接收终端的重量大大降低，由13吨变成100公斤，那么它就变成一个轻量化可搬运的地面接收系统了，可以大幅度降低量子卫星的研制和发射成本，为将来的规模和商业化奠定了基础。

       对此，外媒《Nature》杂志审稿人评论这一研究工作称，“不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议的实验是一个里程碑，是朝向构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步”。