-
4600公里!中國(guó)構(gòu)建全球首個(gè)星地量子通信網(wǎng)
導(dǎo)讀1989年,美國(guó)與加拿大科學(xué)家實(shí)現(xiàn)第一次量子通信,傳輸距離32厘米。
據(jù)中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站消息,北京時(shí)間1月7日凌晨,中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事陳宇翱、彭承志等與中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、濟(jì)南量子技術(shù)研究院及中國(guó)有線電視網(wǎng)絡(luò)有限公司合作,在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Nature雜志上發(fā)表了題為“跨越4600公里的天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)”(An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres)的論文。
圖源:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)網(wǎng)站
研究團(tuán)隊(duì)在量子保密通信京滬干線與“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星成功對(duì)接的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了世界上首個(gè)集成700多條地面光纖量子密鑰分發(fā)(QKD)鏈路和兩個(gè)星地自由空間高速Q(mào)KD鏈路的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)了地面跨度4600公里的星地一體的大范圍、多用戶量子密鑰分發(fā),并進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)兩年多的穩(wěn)定性和安全性測(cè)試、標(biāo)準(zhǔn)化研究以及政務(wù)金融電力等不同領(lǐng)域的應(yīng)用示范。論文是對(duì)上述成果的一個(gè)系統(tǒng)性總結(jié),證明了廣域量子保密通信技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的條件已初步成熟。我國(guó)科研人員通過(guò)構(gòu)建天地一體化廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)的雛形,為未來(lái)實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。
按通信信道的不同,量子密鑰分發(fā)主要有光纖和自由空間兩種實(shí)現(xiàn)方式。光纖QKD技術(shù)的信道穩(wěn)定性較好,不易受到溫度、濕度、天氣等環(huán)境因素影響,可以實(shí)現(xiàn)基本恒定的安全碼率,在城域城際范圍內(nèi)可以方便的連接到千家萬(wàn)戶,而在超遠(yuǎn)距離、移動(dòng)目標(biāo)、島嶼和駐外機(jī)構(gòu)等光纖資源受限的場(chǎng)景,可以通過(guò)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)的自由空間信道連接。將地面光纖和自由空間結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、全覆蓋的全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)。
量子保密通信京滬干線總長(zhǎng)超過(guò)2000公里,覆蓋四省三市共32個(gè)節(jié)點(diǎn),是目前世界上最遠(yuǎn)距離的基于可信中繼方案的量子安全密鑰分發(fā)干線,于2017年9月底正式開通。建設(shè)過(guò)程中,研究團(tuán)隊(duì)攻關(guān)了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測(cè)、可信中繼傳輸和大規(guī)模量子網(wǎng)絡(luò)管控監(jiān)控等系列工程化實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。建成后,開展了長(zhǎng)達(dá)兩年多的相關(guān)技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用示范以及大量的穩(wěn)定性測(cè)試、安全性測(cè)試及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化研究,通過(guò)了光子數(shù)分離攻擊、致盲攻擊、時(shí)移攻擊、波長(zhǎng)依賴攻擊和一些潛在的特洛伊木馬攻擊等安全性測(cè)試,結(jié)果表明“京滬干線”可以抵御目前所有已知的量子黑客攻擊方案,同時(shí)京滬干線網(wǎng)絡(luò)的密鑰分發(fā)量可以支持1.2萬(wàn)以上用戶同時(shí)使用。
“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星于2016年8月在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,圓滿完成了預(yù)定的全部科學(xué)目標(biāo)。在該工作中,研究團(tuán)隊(duì)在優(yōu)化地面站接收光學(xué)系統(tǒng)、提高QKD發(fā)射系統(tǒng)時(shí)鐘頻率并應(yīng)用更高效QKD協(xié)議的基礎(chǔ)上,最終在南山地面站實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星對(duì)地面站的高速量子密鑰分發(fā),生成速率比之前的工作高出約40倍。研究團(tuán)隊(duì)還成功地將衛(wèi)星與地面的安全成碼距離從1200公里拓展到2000公里,相應(yīng)的地面站俯仰角跨度可達(dá)170°(幾乎可覆蓋整個(gè)天空)。
目前該天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)接入包括金融、電力、政務(wù)等150多家行業(yè)用戶。2019年初,國(guó)家電網(wǎng)有限公司基于該網(wǎng)絡(luò),建立了跨越2600公里、從北京總公司至國(guó)網(wǎng)新疆電力有限公司的量子密鑰分發(fā)信道,實(shí)現(xiàn)了電力通信數(shù)據(jù)加密傳輸,首次從工程上檢驗(yàn)了星地量子通信開展實(shí)際業(yè)務(wù)的可行性。在天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)大量測(cè)試結(jié)果及標(biāo)準(zhǔn)化研究的基礎(chǔ)上,全球三大標(biāo)準(zhǔn)化組織之一ISO/IEC正在基于京滬干線的實(shí)踐編制國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)《QKD安全要求、測(cè)試與評(píng)估方法》,另一國(guó)際組織ITU也正基于京滬干線的建設(shè)模式起草可信中繼安全要求、QKD網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
本工作發(fā)展的相關(guān)技術(shù)也為量子通信系統(tǒng)小型化、低成本、國(guó)產(chǎn)化奠定了基礎(chǔ)。最近團(tuán)隊(duì)成功研制了重量約百公斤的小型地面站,實(shí)現(xiàn)了與墨子號(hào)的星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),和國(guó)際多個(gè)地面站的進(jìn)行了星地量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),未來(lái)有望進(jìn)一步做到可單人搬運(yùn);同時(shí),在保證密鑰分發(fā)速率的前提下已經(jīng)成功研制幾十公斤的小型化空間量子密鑰分發(fā)載荷,這些成果也為形成衛(wèi)星量子通信國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。
在我國(guó)“墨子號(hào)”和“京滬干線”等一系列量子通信重要成果的引領(lǐng)下,歐美等國(guó)也陸續(xù)加快推進(jìn)量子通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。2020年美國(guó)發(fā)布《量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略愿景》和《量子互聯(lián)網(wǎng)國(guó)家戰(zhàn)略藍(lán)圖》,其中《量子網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略愿景》提出,“未來(lái)5年,美國(guó)將展示實(shí)現(xiàn)量子網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)科學(xué)和關(guān)鍵技術(shù),從量子互連、量子中繼器、量子存儲(chǔ)器到高通量量子信道,以及洲際天基糾纏分發(fā)”;歐盟發(fā)布量子旗艦計(jì)劃《戰(zhàn)略研究議程》,提出“3年愿景是利用QKD協(xié)議和具有可信中繼節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全球范圍的安全密鑰分發(fā),6-10年愿景是使用量子中繼器在光纖上實(shí)現(xiàn)800公里以上的量子通信”。
目前,廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的雛形已基本形成,未來(lái)在此基礎(chǔ)上,可進(jìn)一步推動(dòng)量子通信在金融、政務(wù)、國(guó)防、電子信息等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。骨干網(wǎng)的擴(kuò)展,將形成更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),并在基礎(chǔ)上構(gòu)建國(guó)家地基授時(shí)網(wǎng)絡(luò),為定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)提供保障。另一方面,地面網(wǎng)絡(luò)與量子衛(wèi)星結(jié)合,為超大尺度量子干涉的相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供了有利基礎(chǔ),如探索量子力學(xué)與廣義相對(duì)論融合等問(wèn)題,為量子引力的基礎(chǔ)檢驗(yàn)和用于計(jì)量應(yīng)用的大規(guī)模干涉測(cè)量提供了可能。
這項(xiàng)工作得到了國(guó)家發(fā)改委、山東省、安徽省、上海市、中國(guó)銀行業(yè)監(jiān)督管理委員會(huì)、中國(guó)科學(xué)院、科技部和基金委的支持。
- 責(zé)任編輯: 林鈴錦 
-
“餓了么”把“餓了嗎”告了,法院這樣判…
2021-01-06 16:03 大公司 -
尋求5G芯片“供血”,榮耀與高通恢復(fù)合作
2021-01-06 15:49 華為 -
“向陽(yáng)紅01”在印度洋首次成功布放洋底綜合觀測(cè)潛標(biāo)
2021-01-03 16:18 科技前沿 -
華中科大研制并交付使用首臺(tái)高精度量子重力儀
2021-01-03 15:30 科技前沿 -
美媒記者獨(dú)家探訪中國(guó)天眼,感嘆“核心裝備”
2021-01-03 14:12 科技前沿 -
中國(guó)航天人這次底氣十足!
2021-01-02 10:33 航空航天 -
我國(guó)學(xué)者成功研制“按需式讀取”的可集成固態(tài)量子存儲(chǔ)器
2021-01-02 09:45 科技前沿 -
在上海張江,世界級(jí)光子科學(xué)中心正崛起
2021-01-01 18:53 上海新高度 -
我國(guó)高質(zhì)量國(guó)際論文數(shù)位列世界第二
2020-12-30 08:23 -
和嫦娥五號(hào)一起“上天”的水稻種子發(fā)芽了!
2020-12-29 07:18 航空航天 -
“響應(yīng)環(huán)保號(hào)召”,小米11取消隨機(jī)附送充電器
2020-12-26 12:04 手機(jī) -
洛馬將收購(gòu)美國(guó)最大火箭引擎制造商
2020-12-22 19:48 -
長(zhǎng)征八號(hào)首秀緣何推遲?原來(lái)是高空風(fēng)搗亂
2020-12-22 15:57 航空航天 -
長(zhǎng)征八號(hào)火箭總指揮:未來(lái)一年應(yīng)該不少于20次發(fā)射
2020-12-22 15:48 航空航天 -
推動(dòng)人工智能治理與國(guó)際合作 促進(jìn)建立人工智能全球治理框架
2020-12-21 09:52 中國(guó)論壇 -
新突破!中科大實(shí)現(xiàn)高效的高維量子隱形傳態(tài)
2020-12-20 14:14 -
沒(méi)想到吧!這就是屬于嫦娥五號(hào)的“土味朋克”
2020-12-18 21:19 -
“就算美國(guó)用新能源,還是受制于中國(guó)”
2020-12-18 16:25 美國(guó)一夢(mèng) -
用內(nèi)訌形容中芯國(guó)際并不客觀,但困局該怎么破
2020-12-18 08:02 -
“可上九天攬?jiān)隆?!毛主席故鄉(xiāng)將作為月壤異地災(zāi)備點(diǎn)
2020-12-17 16:28 航空航天
相關(guān)推薦 -
布林肯承認(rèn)“開打前就給了”,俄方回應(yīng) 評(píng)論 131央行宣布將擇機(jī)降準(zhǔn)降息,“擇機(jī)”以何為標(biāo)志? 評(píng)論 156被逼急了,格陵蘭島總理:是時(shí)候獨(dú)立了 評(píng)論 189美媒直呼:啥都能威脅國(guó)家安全,美國(guó)完全走偏了 評(píng)論 164司機(jī)留信曝光:同胞們醒醒吧,美國(guó)快病死了! 評(píng)論 296最新聞 Hot
-
被逼急了,格陵蘭島總理:是時(shí)候獨(dú)立了
-
美媒直呼:啥都能威脅國(guó)家安全,美國(guó)完全走偏了
-
“到2030年,中國(guó)本土數(shù)學(xué)家將能引領(lǐng)世界”
-
密謀推翻馬爾代夫總統(tǒng)?印度回應(yīng)
-
域外調(diào)查惹惱國(guó)際奧委會(huì),“2034鹽湖城冬奧會(huì)有點(diǎn)懸”
-
欲爭(zhēng)奪歐洲最大電動(dòng)車市場(chǎng),但英國(guó)國(guó)內(nèi)阻力不小
-
土耳其喊話歐盟:他不干,我干
-
“沒(méi)想到拜登竟會(huì)如此對(duì)待盟友!”
-
司機(jī)留信曝光:同胞們醒醒吧,美國(guó)快病死了!
-
特朗普炮轟:英國(guó)犯下了大錯(cuò)!
-
盧卡申科:計(jì)劃訪華,事關(guān)未來(lái)
-
特朗普“封口費(fèi)”案將于1月10日宣判,“但不會(huì)入獄”
-
“美國(guó)沒(méi)能改變中國(guó)”,布林肯一聽急了…
-
事關(guān)中國(guó)FK-3,塞爾維亞:這是一個(gè)“里程碑”
-
“中國(guó)真出手怎么辦?企業(yè)緊張研判…”
-
以己度人?“中方為了談判籌碼”
-