原標(biāo)題：中國首次實現(xiàn)星地實時量子通信和萬公里密鑰共享

相隔一萬多公里，如何分發(fā)量子密鑰

近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、彭承志、廖勝凱等聯(lián)合濟(jì)南量子技術(shù)研究院、中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院等單位組成的研究團(tuán)隊，在國際上首次實現(xiàn)量子微納衛(wèi)星與小型化、可移動地面站之間的實時星地量子密鑰分發(fā)，在單次衛(wèi)星通過期間實現(xiàn)了多達(dá)100萬比特的安全密鑰共享。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合團(tuán)隊和南非科研團(tuán)隊合作，在中國和南非之間相隔12900多公里的距離上建立了量子密鑰，完成對圖像數(shù)據(jù)“一次一密”加密和傳輸，為實用化衛(wèi)星量子通信組網(wǎng)鋪平了道路。這一成果在國際期刊《自然》在線發(fā)表，審稿人稱此成果是“技術(shù)上令人欽佩的成就”“展示了衛(wèi)星量子密鑰分發(fā)技術(shù)的成熟”。

目前，基于光纖鏈路的城域城際量子通信已發(fā)展成熟并初步得以應(yīng)用。“地面的光纖鏈路，相當(dāng)于通過地面光纖互聯(lián)點(diǎn)到點(diǎn)，像合肥城域網(wǎng)、京滬干線，都是點(diǎn)到點(diǎn)距離百公里級別，并通過中繼擴(kuò)展到千公里級別?？缟衬⒖绾Ｑ蟮染嚯x更遠(yuǎn)、地貌更復(fù)雜的情況，很難通過地面光纖設(shè)施實現(xiàn)。”中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心教授級高級工程師廖勝凱說。

從天空走呢？廖勝凱介紹，利用衛(wèi)星平臺進(jìn)行自由空間量子密鑰分發(fā)，可有效克服地面光纖鏈路限制。研究團(tuán)隊成功突破了低成本小型化誘騙態(tài)量子光源技術(shù)、復(fù)合激光通信的實時密鑰提取技術(shù)、基于衛(wèi)星姿控的高精度跟瞄等關(guān)鍵技術(shù)，完成星載量子密鑰分發(fā)載荷、量子微納衛(wèi)星平臺研制，密鑰生成時效性由數(shù)天時間完成提高到單軌實時成碼。

以衛(wèi)星作為可信中繼，研究團(tuán)隊進(jìn)一步實現(xiàn)了地面相距12900多公里的北京站和南非斯坦陵布什站之間的密鑰共享和數(shù)據(jù)中繼。該研究工作為未來發(fā)射多顆微納衛(wèi)星構(gòu)建“量子星座”奠定基礎(chǔ)，為大規(guī)模實用化量子通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供了關(guān)鍵技術(shù)支撐。

“量子通信未來的初步應(yīng)用主要在加強(qiáng)信息安全方面，尤其是‘一次一密’的加密方式，再強(qiáng)大的計算機(jī)也無法破解，金融、能源等行業(yè)對此有迫切需求。下一步，需要與經(jīng)典的信息安全系統(tǒng)和現(xiàn)存的地面光纖保密通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行融合，未來通過發(fā)射多顆衛(wèi)星形成網(wǎng)絡(luò)，量子通信的價值和優(yōu)勢將進(jìn)一步展現(xiàn)。”廖勝凱說。

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