“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)基于糾纏的無(wú)中繼千公里級(jí)量子密鑰分發(fā)，不僅將地面無(wú)中繼量子保密通信的空間距離提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，而且確保了極端情況下的安全性。記者6月15日從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校潘建偉院士團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中外相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)，取得了這一量子通信現(xiàn)實(shí)應(yīng)用上的重要突破。該項(xiàng)成果于6月15日在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然》上在線發(fā)表。

　　量子通信提供了一種原理上無(wú)條件安全的通信方式，但要從實(shí)驗(yàn)室走向廣泛應(yīng)用，需要解決現(xiàn)實(shí)條件下的安全性和遠(yuǎn)距離傳輸兩大挑戰(zhàn)。在現(xiàn)有技術(shù)水平下，使用可信中繼可以有效拓展量子通信的距離。然而，中繼節(jié)點(diǎn)的安全仍需得到人為保障，如果衛(wèi)星被他方控制，就存在信息泄漏風(fēng)險(xiǎn)。自“墨子號(hào)”在2017年首次實(shí)現(xiàn)基于中繼的千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)后，實(shí)現(xiàn)無(wú)中繼遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)就成為國(guó)際學(xué)術(shù)界熱切期盼的目標(biāo)。

　　潘建偉及其同事彭承志、印娟等組成的團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中外相關(guān)團(tuán)隊(duì)，實(shí)現(xiàn)了地面望遠(yuǎn)鏡相關(guān)接收效率的提升。 “墨子號(hào)”過(guò)境時(shí)，同時(shí)與新疆烏魯木齊南山站和青海德令哈站兩個(gè)地面站建立光鏈路，以每秒2對(duì)的速度在地面超過(guò)1120公里的兩個(gè)站之間建立量子糾纏，進(jìn)而在有限碼長(zhǎng)下以每秒0.12比特的最終碼速率產(chǎn)生密鑰。在實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)對(duì)地面接收光路和單光子探測(cè)器等方面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和防護(hù)，保證了公平采樣和對(duì)所有已知側(cè)信道的免疫，所生成的密鑰不依賴可信中繼，并確保了現(xiàn)實(shí)安全性。

　　《自然》雜志審稿人稱贊該工作“展示了一項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性實(shí)驗(yàn)的結(jié)果”，“這是朝向構(gòu)建全球化量子密鑰分發(fā)網(wǎng)絡(luò)甚至量子互聯(lián)網(wǎng)的重要一步”，“不依賴可信中繼的長(zhǎng)距離糾纏量子密鑰分發(fā)協(xié)議實(shí)驗(yàn)的實(shí)現(xiàn)是一個(gè)里程碑”。

　　此外，基于該研究成果發(fā)展起來(lái)的高效星地鏈路收集技術(shù)，可以將量子衛(wèi)星載荷重量由現(xiàn)有的幾百公斤降低到幾十公斤以下，同時(shí)將地面接收系統(tǒng)的重量由現(xiàn)有的10余噸大幅降低到100公斤左右，實(shí)現(xiàn)小型化、可搬運(yùn)，為將來(lái)衛(wèi)星量子通信的規(guī)模化、商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)