鱼羊 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
量子通信，又获里程碑式突破。
这一次，依然来自潘建伟教授团队——
“墨子号”量子科学实验卫星，实现了1120公里长距离无中继纠缠量子**分发。
这是全球首次实现千公里级基于纠缠的无中继量子**分发，不仅将以往地面无中继量子**分发的空间距离提高一个数量级，并且通过物理原理确保即使卫星被他方控制，依然能够实现安全的量子**分发。
潘建伟教授表示：
我的确认为不依赖可信中继的长距离纠缠量子**分发协议的实验实现，是一个里程碑。
这一研究成果，登上了最新一期的Nature。
千公里级无中继纠缠量子**分发
量子**分发，是利用量子通信的方式，让通信双方拥有共同的**。
因为**是利用量子态来进行加密的，所以任何窃听行为都会造成量子态改变，从而暴露。
也就是说，量子**分发具有“无条件的安全性”。
在此前的研究中，现场点对点光纤量子**分发的安全距离达到了百公里量级，在实验室里最多能达到500公里。
但是，如果要实现千公里级别的量子**分发，就需要利用量子中继器。
比如中国首条量子保密通信干线京沪干线，就是通过32个中继节点“接力”转发，实现了连接北京、上海，贯穿济南和合肥全长2000余公里的量子通信骨干网络。
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。
而中继节点的存在，就造成了这样一个安全问题——
中继节点的安全必须依靠人来保障，比如，如果“墨子号”被劫持，就会存在**泄露的风险。
并且，在2017年“墨子号”实现的有中继1200公里纠缠分发中，研究人员发现，虽然实验中每秒能产生约590万对纠缠光子，但每秒能探测到的只有1对光子，效率很低。
而在这次潘建伟团队联合牛津大学Artur Ekert教授、中科院上海技术物理研究所王建宇团队、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，实现的千公里级别量子**分发，最大的突破就在于——
不依赖可信中继。
基于纠缠的量子**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相应确定，这一特性可以用来在遥远两地的用户间产生**。
那么，如果让卫星作为纠缠源，只负责分发纠缠，不掌握任何**信息，即使纠缠源来自不可信的第三方，只要用户间能检测到量子纠缠，仍可以产生安全的**。
在这次实验中，研究人员在相隔1120公里的新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站设置了两个地面站。每个站点都有专门为量子实验设计的直径为1.2米的地面望远镜。
为了提高量子密码链路的效率，研究人员对地面接收光路和单光子探测器进行了改进，成功使链路收集效率提高了4倍。
具体而言，是以每秒2对光子的速度在两个站之间建立起了量子纠缠，在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生**。
如此一来，不仅将量子**分发的地面安全距离提高了一个数量级，还使其安全性达到了前所未有的水平。
正如潘建伟教授所说，哪怕卫星被别人控制了，密码也是安全的。
IEEE Spectrum则评论说，这项研究，使几乎不可**的量子互联网离现实应用更近一步。
不过，潘建伟教授也坦言，目前的成果还属于原理演示，要具有实用价值还需要较长时间，“依赖于卫星等各方面技术的进步”。
但“结合最新发展的量子纠缠源技术，未来卫星上可每秒产生10亿对纠缠光子，最终**成码率将提高到每秒几十比特或单次过境几万比特，让安全的实用化量子**分发网络成为可能”。
One More Thing
近日，潘建伟持股11%的科大国盾量子技术股份有限公司，通过科创板首次公开发行股票注册。
也就是说，科大国盾不日将在科创板上市，成为科创板“量子通信第一股”。
据报道，科大国盾此次计划募集资金3亿元，主要用于量子通信网络设备项目及研发中心建设项目。
去年，科大国盾营收2.56亿元，主要业务来自国家及地方政府推动的骨干网、城域网等量子保密通信网络建设项目。
参考链接：
论文地址：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2401-y
https://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/satellites/entangled-satellite
http://www.xinhuanet.com/science/2020-06/16/c_139141997.htm
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2020/6/441474.shtm
— 完 —
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