科学家成功建立了一个天地一体的量子通信网络
中国科学家利用量子保密通信“京沪干线”和“墨子”量子科学实验卫星，成功建立了世界首个集成700多条地面光纤量子密钥分发链路和2条星地自由空间高速量子密钥分发链路的广域量子通信网络，实现了地面跨度4600公里、天地一体的大规模多用户量子密钥分发，证明广域量子通信技术的实际应用已经初步成熟， 为未来实现全球量子安全通信网络奠定坚实的科技基础该成果于1月7日发表于《自然》。
图片来源：中国科学技术大学
根据通信通道的不同，实现量子密钥分发的方式主要有两种：光纤和自由空间。光纤量子密钥分发技术具有良好的信道稳定性，不易受到温度、湿度、天气等环境因素的影响。但由于光纤固有的衰减特性，光纤量子密钥分发的传输距离被限制在100公里数量级。自由空间量子密钥分发以大气和外层空间的自由空间为传输介质，光子在自由空间具有低损耗特性，使得基于卫星平台分发几千公里的量子密钥成为可能。
“京沪干线”于2017年8月底竣工验收，全长2000多公里。它是世界上最远的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线，已经连接到金融、电力、政务等150多个行业用户。研究团队攻克了高速量子密钥分发、高速高效单光子探测、可信中继传输、大规模量子网络控制与监控等关键技术。安全测试结果表明，“京沪干线”可以抵御所有已知的量子黑客攻击，密钥分发可以支持12000多个用户同时使用。
墨子于2016年8月成功发射，并成功实现了三大科学目标。“墨子”已与河北兴隆地面站建立了光纤链路。在1200公里的通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离的地面光纤信道高20个数量级。最近，研究团队在南山地面站实现了单轨卫星到地面站每秒47.8kb的量子密钥生成速率，比之前的工作高出约40倍。此外，卫星与地面之间的安全编码距离从1200km扩展到2000km，地面站的俯仰角跨度几乎可以覆盖整个天空，其信道损耗相当于中高轨道卫星与地面之间的信道损耗，为量子通信在未来中高轨道卫星中的应用奠定了实验基础。2019年，国家电网公司基于墨子建立了北京至新疆2600公里的量子密钥分发通道，实现了电力通信数据的加密传输，并首次在工程上测试了开展星地量子通信实际业务的可行性。
这项成果是由中国科学技术大学潘建伟及其同事陈郁敖和彭承志与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究团队、济南量子技术研究所和中国有线电视网络有限公司的研究人员合作完成的.
来源： 中国科学报