量子通信“墨子号”取得量子通信重要成果( 二 )
潘建伟进一步解释：由于对粒子的测量最后是由用户端来进行 ， 所以纠缠源（例如卫星）不掌握密钥的任何信息 ， 即使纠缠源由不可信的他方提供 ， 只要用户间最终检测到量子纠缠 ， 就可以产生安全的密钥 。 因此 ， 量子通信源端不完美带来的安全问题可以得到完全解决 ， 进一步提高了量子通信的现实安全性 。
原理上 ， 利用量子中继可以实现远距离的量子纠缠分发 ， 但实用化的量子中继还需要较长时间 。 利用卫星作为量子纠缠源 ， 通过自由空间信道在遥远两地直接分发纠缠 ， 为现有技术条件下实现基于纠缠的量子保密通信提供了可行的道路 。 墨子号量子科学实验卫星在2017年首次实现千公里量级的自由空间量子纠缠分发后 ， 实现基于纠缠的远距离量子密钥分发就成为国际学术界期盼的目标 。
基于墨子号量子卫星的前期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 。
墨子号量子卫星过境时 ， 同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路 ， 以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠 ， 进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥 。
在实验中 ， 我们通过对地面探测装置进行精心设计和防护 ， 保证了公平采样和对所有已知侧信道的免疫 ， 所生成的密钥可不依赖可信中继 ， 并实现了探测设备的安全性 。 潘建伟说 。
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 ， 最终密钥成码率将提高到每秒几十比特或单次过境几万比特 。
迈向量子互联网的重要一步
潘建伟说 ， 如同量子密码的提出者之一吉列斯·布拉萨德所指出的 ， 基于纠缠的密钥分发是所有密码学家的梦想 ， 也是其团队在继实现千公里级星地双向量子纠缠分发后努力的方向 ， 此次取得的重要成果意味着朝向摘夺桂冠迈出了重要一步 。
潘建伟介绍：我们在不需要任何可信中继的情况下 ， 把量子密钥分发的实际距离从之前的100公里提高到了1120公里 ， 突破1000公里量级 。 在我看来更加重要的是 ， 即使作为量子纠缠源的卫星 ， 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 。
《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 。
潘建伟表示 ， 此次成果方案还属于实验室级别的成果 ， 离真正实用化还有很长的路要走 。 实现远距离安全量子通信 ， 我们最理想的解决方案是全球化的基于纠缠的无中继量子密钥分发网络 ， 也是我们在量子通信领域的最终目标 ， 这还需要阶段性地一步一步往前走 。 潘建伟说 。
据悉 ， 基于该研究成果发展起来的高效星地链路收集技术 ， 未来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 ， 为将来卫星量子通信的规模化、商业化应用奠定坚实的基础 。 （采访人员 吴月辉）
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