开年第一篇Nature!中国科大成功验证构建天地一体化量子通信网络的可行性
以下文章来源于中国科学技术大学 ,作者全媒体中心
北京时间1月7日凌晨,中国科学技术大学潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作,在国际学术期刊《Nature》杂志上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”(An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres)的论文。
论文是对上述成果的一个系统性总结,证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。
背景知识
按通信信道的不同,量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。
光纤QKD技术的信道稳定性较好,不易受到温度、湿度、天气等环境因素影响,可以实现基本恒定的安全码率,在城域城际范围内可以方便的连接到千家万户;
而在超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景,可以通过卫星中转的自由空间信道连接。将地面光纤和自由空间结合,可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。
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“墨子号”量子卫星于2016年8月在酒泉卫星发射中心成功发射,圆满完成了预定的全部科学目标。在该工作中,研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上,最终在南山地面站实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发,生成速率比之前的工作高出约40倍。
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2019年初,国家电网有限公司基于该网络,建立了跨越2600公里、从北京总公司至国网新疆电力有限公司的量子密钥分发信道,实现了电力通信数据加密传输,首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。
2020年,美国发布《量子网络战略愿景》和《量子互联网国家战略蓝图》,其中《量子网络战略愿景》提出,“未来5年,美国将展示实现量子网络的基础科学和关键技术,从量子互连、量子中继器、量子存储器到高通量量子信道,以及洲际天基纠缠分发”;
欧盟发布量子旗舰计划《战略研究议程》,提出“3年愿景是利用QKD协议和具有可信中继节点的网络实现全球范围的安全密钥分发,6-10年愿景是使用量子中继器在光纤上实现800公里以上的量子通信”。
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