量子通信新突破！“墨子号”实现千公里级无中继保密通信

人民网北京6月16日电（赵竹青）记者从中国科学院获悉，我国科学家利用“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。相关论文6月15日发表在国际著名学术期刊《自然》杂志上。

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，取得了量子通信现实应用的重要突破。

研究团队领衔者、中国科学技术大学潘建伟院士介绍，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，还需要解决远距离传输时的安全性挑战。

此前，通过国际学术界30余年的努力，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。再远的距离，就需要可信中继节点的辅助，也相应地增加了风险。

“例如，在星地量子密钥分发过程中，量子卫星作为可信中继，掌握着用户分发的全部密钥，如果卫星被他方控制，就存在信息泄漏的风险。”潘建伟说。

潘建伟表示，解决这一问题的最佳方案就是基于纠缠的量子密钥分发。“利用卫星作为量子纠缠源，在遥远两地直接分发纠缠。用户间利用接收到的纠缠直接产生密钥，不需要卫星的中转。这样一来，卫星本身并不掌握密钥，即使它被别人控制，密码也是安全的。”

《自然》杂志审稿人称赞该工作“展示了一项开创性实验的结果”“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重要一步”“我的确认为不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议的实验实现是一个里程碑”。

该研究由中国科学技术大学潘建伟及其同事彭承志、印娟等组成的研究团队，联合牛津大学Artur Ekert、中科院上海技术物理研究所王建宇团队、微小卫星创新研究院、光电技术研究所等相关团队共同完成。迄今，“墨子号”研究团队已在《自然》及《科学》杂志发表了5篇研究论文，在量子通信技术前沿研究领域积累了坚实的科学与技术基础。

另据了解，基于该研究成果发展起来的高效星地链路收集技术，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，同时将地面接收系统的重量由现有的10余吨大幅降低到100公斤左右，实现接收系统的小型化、可搬运。另外，如果结合最新发展的量子纠缠源技术，未来卫星上可每秒产生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。这些技术的发展，都为将来卫星量子通信的规模化、商业化应用奠定了基础。