卫星被劫也不会泄密,这项量子通信钻研为什么重要?

原标题:卫星被劫也不会泄密,这项量子通信钻研为什么重要?

“这是构建全球化量子密钥分发网络、甚至量子互联网的重要一步。”

获得《自然》杂志审稿人上述夸奖的,是 2020 年 6 月 15 日发外的一篇论文——《基于纠缠的 1120 公里坦然量子添密》(Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres)。

该论文展现了:异国用地面中继器情况下,借助“墨子号”量子科学实验卫星,在相隔 1120 公里的两个地面站之间,成功实现基于纠缠的量子密钥分发。此外,论文首先还表现,即使在卫星被他方控制的极端情况下,经历物理原理依旧能实现坦然量子通信。

“墨子号”是中国乃至世界首颗量子科学实验卫星,在 2011 年正式立项,于 2016 年 8 月由长征二号丁火箭发射起飞,其现在标是实现隐瞒全球的广域量子保密通信。

要理解上面论文收获,得先晓畅一些量子通信的技术背景。

先要表明的是,“量子” 这一切念,并不特指某一栽详细粒子。光子、电子或原子等微不益看粒子都是量子周围。

量子通信因其新闻保密性,被视为添密传输新闻的利器。理论上,量子新闻传输瞬时完善,是不能破解的。

但实现层面上,为了交换添密新闻,量子通信必要行使光子分布密钥(添密休争密密文的“钥匙”)。这个过程被称之为“量子密钥分发”(Quantum Key Distribution,简称 QKD)。

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原由随着传输距离变长,光子消耗会快捷增补,所以在实际行使中,两个用户之间的量子密钥分发距离,被节制为大约 100 公里。

要拉长距离并且避免光子消耗,得添入中继器。但只要涉及中继节点,就会有被他方控制的风险。

比如,世界首条量子保密通信“京沪干线”,固然挑供了 2000 公里的光纤量子网络,但有 32 个中继节点,每个节点坦然都必要人造保障。

取代地面中继器的一个手段,是行使量子通信卫星进走量子密钥分发。

2018 年 1 月,在解放空间信道,中国和奥地利行使 “墨子号” ,实现了洲际量子密钥分发,距离达 7600 公里。但倘若采用这栽手段,“墨子号”卫星掌握着用户分发的统统密钥,倘若卫星被他方控制,就存在新闻泄露的风险。

行使量子的纠缠特性,成为解决这栽风险的一副良方。量子纠缠是指,两个或众个粒子相互依存的状态,即使它们相隔数光年之远。处于纠缠状态的粒子,不论相隔众远,只要测量了其中一个粒子的状态,美食另一个粒子状态也会响答确定。

从物理原理上说,原由对量子的测量,发生在地面站用户端,纠缠源(卫星)不掌握密钥任何新闻,即使卫星被他方劫持了,密钥也不会泄露。但在该论文发外前,基于卫星纠缠的分发,不光效果矮下,而且舛讹率高,不能以声援量子密钥分发。

所以,如何在保证坦然的情况下,实现基于纠缠的远距离量子密钥分发,成为量子通信商业化、实用化的关键。

至此,吾们能够总结一下量子密钥分发以前的技术局限:倘若异国地面中继器,那么两个地面站(用户)之间的量子密钥分发,很远只能到 100 公里。倘若借助量子通信卫星,会有被劫持风险,所以必要借助量子的纠缠特性,但纠缠分发的效果又不足高。

再对比上述论文收获,就能清新其意义:将以去地面无中继量子保密通信的空间距离,挑高了一个数目级。即使别人劫持了卫星,也没手段获取添密的新闻。

那么该论文钻研团队是如何实现这个突破的呢?

该论文作者之一,是中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟及其团队。他同时是 “墨子号” 项现在和 “京沪干线” 项现在标首席科学家。论文其他作者还包括:牛津大学 Artur Ekert、中科院上海技术物理钻研所王建宇团队、微弱卫星创新钻研院、光电技术钻研所等有关团队。

钻研团队进走实验的两个站点,别离是新疆乌鲁木齐南山站,和青海德令哈站,相距 1120 公里。钻研人员在两个站点处,竖立了批准量子信号的看远镜。

当“墨子号”卫星经过站台时,与两个地面站的看远镜就竖立光链路,以每秒 2 对量子的速度,在两个站之间竖立量子纠缠,进而产生密钥。

地面站的看远镜经过稀奇设计,主光学和后光路都有升级,解决了上文所说的,卫星纠缠分发效果矮的题目。据论文实验首先,单边看远镜有双倍授与效果升迁,双边则有四倍升迁。

潘建伟担任主任的量子物理与量子新闻钻研部外示,基于该收获发展首来的高效星地链路搜集技术,能够将量子卫星载荷重量,由现有几百公斤降矮到几十公斤以下。

同时,能将地面授与体系重量,由现有 10 余吨降矮到 100 公斤旁边,实现授与体系幼型化、可搬运,为异日卫星量子通信周围化、商业化行使奠定了坚实基础。

posted @ 2020-07-10 00:54 作者:admin  阅读:

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