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中国成功建立了世界上第一个跨越4600公里的集成量子通信网络

发布时间:2021-01-07 14:40:24
资料来源:中国科学杂志作者:桂云南利用量子保密通信北京-上海干线和墨子量子科学实验卫星,中国科学家成功建立了世界上第一个集700多个地...

资料来源:中国科学杂志

作者:桂云南

利用量子保密通信北京-上海干线和墨子量子科学实验卫星,中国科学家成功建立了世界上第一个集700多个地面光纤量子密钥分配链路和两个卫星对地自由空间高速量子密钥分配链路为一体的全球第一个广域量子密钥分发网络,实现了4600公里的大规模多用户量子密钥分配。实践证明,广域量子通信技术的实际应用已经成熟,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科技基础。研究结果于1月7日发表在自然杂志上。

根据不同的通信信道,量子密钥分配主要由光纤和自由空间实现,光纤量子密钥分配技术的信道稳定性好,不容易受温度、湿度、天气等环境因素的影响,但由于光纤固有的衰减特性,光纤量子密钥分配的传输距离仅限于100km左右。

自由空间量子密钥分配以大气和外层空间的自由空间为传输介质,光子在自由空间中具有低损耗特性,使得在卫星平台上分配1000多公里的量子密钥成为可能。

北京-上海干线于2017年8月底竣工验收,总长度超过2000公里。它是世界上最长的基于可信中继方案的量子安全密钥分配干线,已与金融、电力、政府等150多个行业用户连接。

该团队已经征服了诸如高速量子密钥分配、高速高效单光子检测、可信中继传输以及大规模量子网络控制和监控等关键技术。

安全测试结果表明,京沪干线能够抵抗所有已知的量子黑客攻击,密钥分发可以同时支持12000多名用户。

墨子于2016年8月成功发射,并成功实现了所有三个科学目标。

墨子与河北兴隆地面站建立了光链路,在1200公里的通信距离下,星地量子密钥的传输效率比同距离的地面光纤信道高20个数量级。

最近,研究小组在南山地面站实施了一种单轨卫星对地面站量子密钥生成率为每秒47.8KB,比以前高出约40倍。

此外,卫星与地面之间的安全编码距离从1200公里延长到2000公里,地面站的俯仰角跨度几乎可以覆盖整个天空,其信道损耗与中、高轨道卫星和地面之间的信道损耗相似,为量子通信在未来中、高轨道卫星上的应用奠定了实验基础。

2019年,国家电网有限公司在墨子的基础上,建立了一个跨越北京至新疆2600公里的量子密钥分配通道,实现了电力通信数据的加密传输,首次验证了开展星地量子通信实际业务的可行性。

这一成果是由中国科技大学潘建伟及其同事陈宇和彭承志与中国科学院上海理工大学物理研究所王建宇研究小组、济南量子技术研究所和中国有线电视网络有限公司合作完成的。