中國科學(xué)家將開展基于糾纏的遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)

中國首顆量子衛(wèi)星“墨子號”在不到一年的時間里就完成了原定兩年完成的星地高速量子密鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)實驗三大科學(xué)目標(biāo)。科學(xué)家制訂了后續(xù)拓展實驗計劃，進(jìn)一步探索量子通信技術(shù)研究與應(yīng)用，并籌劃發(fā)射數(shù)顆量子衛(wèi)星，構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。

量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士潘建偉介紹，其團(tuán)隊下一步將與歐洲量子通信團(tuán)隊合作進(jìn)行洲際量子密鑰分發(fā)。目前已經(jīng)順利完成與奧地利格拉茨地面站的對接測試，正在開展量子密鑰分發(fā)實驗，8月底將具備洲際量子保密通話的條件。

中國將與歐洲開展洲際量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

潘建偉說，中國與德國和意大利等國的洲際量子密鑰分發(fā)合作也正在計劃中。德國、意大利的地面站預(yù)計在2017年年底做好開展相關(guān)實驗的準(zhǔn)備。這表明“墨子號”不僅可跟中國的設(shè)備對接，也可與世界其他國家符合要求的設(shè)備對接。

此外，科研團(tuán)隊還將努力實現(xiàn)量子通信與經(jīng)典光通信相融合的安全信息傳輸，與有需求的用戶對接，開展量子通信現(xiàn)實應(yīng)用。

潘建偉說，目前“墨子號”實現(xiàn)的天地量子密鑰分發(fā)有個前提，就是“墨子號”必須可靠，因為密鑰是“墨子號”發(fā)送的，如果“墨子號”把密鑰泄露出去，那么整個過程就不安全了。

他說，科研團(tuán)隊下一步還要開展基于量子糾纏的遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)實驗。一旦成功，將最終實現(xiàn)所有密碼學(xué)者夢想的“圣杯”。他希望這項工作今年能夠完成。

中國科學(xué)家下一步將開展基于糾纏的遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

在更長遠(yuǎn)的規(guī)劃中，中國科學(xué)家的目標(biāo)是建立全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)。

量子衛(wèi)星工程常務(wù)副總師兼衛(wèi)星總指揮王建宇說，單顆低軌衛(wèi)星無法直接覆蓋全球。目前“墨子號”一次過境開展實驗的時間約為10分鐘。如果衛(wèi)星在1萬公里的軌道上，那么發(fā)送密鑰的時間就可持續(xù)幾個小時。如果衛(wèi)星在3.6萬公里的軌道上，地球的三分之一就能一直看到衛(wèi)星，這些地方就在任何時候都可以保密通信。所以理論上有三顆高軌衛(wèi)星就能覆蓋全球。

“所以‘墨子號’只是一個起點，從實用的角度來說，必須要構(gòu)建由高、中、低軌道衛(wèi)星組成的量子星座，建立覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)?！蓖踅ㄓ钫f。

“墨子號”開展量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

然而，目前“墨子號”的量子密鑰傳輸只能在地影區(qū)，也就是沒有日光干擾的黑夜進(jìn)行。“我們需要攻克全天時量子通信技術(shù)以及獲得更高衰減信道下的量子通信能力。這是我們下一步實現(xiàn)全球量子保密通信必須要走的道路?！绷孔有l(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師、衛(wèi)星系統(tǒng)副總設(shè)計師彭承志說。

最近，潘建偉、彭承志等科學(xué)家已經(jīng)在地面實驗中取得突破，在國際上首次成功實現(xiàn)白天遠(yuǎn)距離(53公里)自由空間量子密鑰分發(fā)。這一突破驗證了日光條件下星間和星地之間量子密鑰分發(fā)的可行性，為未來構(gòu)建基于量子衛(wèi)星的星地、星間量子通信網(wǎng)絡(luò)掃清了一大關(guān)鍵技術(shù)障礙。

2016年11月28日，在河北興隆觀測站，“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星過境，科研人員在做實驗。(合成照片)。 新華社記者金立旺 攝“這證明衛(wèi)星組網(wǎng)突破地影區(qū)限制是可行的，下一步我們會圍繞這個方向進(jìn)一步開展相關(guān)工作。”潘建偉說。

他說：“我們希望通過10年左右的努力，最終能夠構(gòu)建完整的空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，在國防、政務(wù)、金融和能源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)無縫對接，推動形成具有國際引領(lǐng)地位的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和下一代國家信息安全生態(tài)系統(tǒng)。也希望進(jìn)一步探索對廣義相對論、量子引力等物理學(xué)基本原理的檢驗。”

“如果國家支持發(fā)射多顆量子通信衛(wèi)星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)?！迸私▊フf。