Nature重磅 | 量子通信将成为可能，中国科学技术大学潘建伟/彭承志首次实现基于纠缠的安全量子加密技术超过1,120公里

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量子密钥分发（QKD）是在远程用户之间共享秘密密钥的理论上安全的方法。现实世界的基于QKD的加密技术针对的是地球上物理上分离的用户，其最大距离约为100公里。使用可信中继可以将这些距离从典型的大都市区域扩展到城际距离甚至洲际距离。但是，中继带来了安全风险，可以通过使用基于纠缠的QKD来避免，QKD具有固有的与源无关的安全性。可以使用量子中继器来实现长距离纠缠分布，但是相关技术对于实际实现尚不成熟。在不损害量子通信安全性的情况下扩展量子通信范围的明显替代方法是基于卫星的QKD，但到目前为止，基于卫星的纠缠分布还不够有效以支持QKD。2020年6月15日，中国科学技术大学潘建伟及彭承志共同通讯在Nature 在线发表题为“Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres”的研究论文，该研究展示了两个相距1,120 km的地面站之间基于纠缠的QKD。与先前的工作相比，该研究将双光子分布的链路效率提高了约4倍，并获得了0.12比特/秒的有限密钥-秘密密钥速率。因此，该研究工作为基于纠缠的全球量子网络铺平了道路。总体而言，结果使地面上实际QKD的安全距离从100 km增加到超过1000 km，而无需信任的中继站，这代表了朝着任意长距离远程用户真正可靠且牢不可破的加密方法迈出的重要一步。

量子密钥分发（QKD）是在远程用户之间共享秘密密钥的理论上安全的方法。它已在实验室中通过长达404公里的螺旋光纤进行了演示。在现场，已经实现了从卫星到最远1200公里的地面站的点对点QKD。

现实世界的基于QKD的加密技术针对的是地球上物理上分离的用户，其最大距离约为100公里。使用可信中继可以将这些距离从典型的大都市区域扩展到城际距离甚至洲际距离。

但是，中继带来了安全风险，可以通过使用基于纠缠的QKD来避免，QKD具有固有的与源无关的安全性。可以使用量子中继器来实现长距离纠缠分布，但是相关技术对于实际实现尚不成熟。在不损害量子通信安全性的情况下扩展量子通信范围的明显替代方法是基于卫星的QKD，但到目前为止，基于卫星的纠缠分布还不够有效以支持QKD。

在这里，研究人员演示了两个地面站之间的基于纠缠的QKD，相隔1120公里，每秒有限的秘密密钥速率为0.12比特，而无需信任的中继。纠缠的光子对通过两个双向下行链路从Micius卫星分发到中国德令哈和南山的两个地面观测站。

高效望远镜和后续光学系统的发展极大地提高了链接效率。所生成的密钥对于现实的设备是安全的，因为地面接收器经过精心设计，以确保公平采样并不受所有已知侧信道的干扰。该研究的方法不仅将地面安全距离增加了十倍，而且将QKD的实际安全性提高到了前所未有的水平。

总而言之，该研究展示了两个相距1,120 km的地面站之间基于纠缠的QKD。与先前的工作相比，该研究将双光子分布的链路效率提高了约4倍，并获得了0.12比特/秒的有限密钥-秘密密钥速率。因此，该研究工作为基于纠缠的全球量子网络铺平了道路。总体而言，结果使地面上实际QKD的安全距离从100 km增加到超过1000 km，而无需信任的中继站，这代表了朝着任意长距离远程用户真正可靠且牢不可破的加密方法迈出的重要一步。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2401-y

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