「墨子號」千里傳訊

 「墨子號」千里傳訊 密鑰分發零漏洞　金鐘罩防騎劫

物理原理有關量子糾纏有新突破：中國科學技術大學潘建偉 教 授 及 其 同 事 彭 承 志 、 印 娟 等 組 成 的 研 究 團 隊 ， 聯 合 牛 津 大 學 Artur Ekert、中科院上海技術 物 理 研 究 所 王 建 宇 等 團 隊 ， 利 用 「 墨 子 號 」 量 子科學實驗衛星在國際上 首 次 實 現 千 公 里 級 基 於 糾 纏 的 量 子 密 鑰 分 發 ， 堵 塞 了 過去量子衛星作為中繼節點時的 安全漏洞。該實驗通過物理原理，確 保了即使在衛星被他方控制的極端情況下依然 能實現安全的量子通信，取得了量子通信現實 應用的重要突破，如同給千公里級安全量子加 密通訊裝上 「金鐘罩」 。

據介紹，量子通信提供了一種原理 上無條件安全的通信方式，但要從實驗 室走向廣泛應用，需要解決現實條件下 的安全性和遠距離傳輸兩大挑戰。在現 有技術水平下，使用可信中繼可以有效 拓展量子通信的距離。然而，中繼節點 的安全仍需得到人為保障，如果衛星被 他方控制，就存在信息洩漏風險。自 「 墨子號」 在2017年首次實現基於中繼的 千公里級量子糾纏分發後，實現無中繼 遠距離量子密鑰分發就成為國際學術界 熱切期盼的目標。 潘建偉及其團隊聯合中外相關團隊 ，實現了地面望遠鏡相關接收效率的提 升。 「墨子號」 過境時，同時與新疆烏 魯木齊南山站和青海德令哈站兩個地面 站建立光鏈路，以每秒2對的速度在地 面超過1120公里的兩個站之間建立量子 糾纏，進而在有限碼長下以每秒0.12比 特的最終碼速率產生密鑰。在實驗中， 通過對地面接收光路和單光子探測器等 方面進行精心設計和防護，保證了公平 採樣和對所有已知側信道的免疫，所生 成的密鑰不依賴可信中繼，並確保了現 實安全性。 「從理論上講，量子通信線路上是 安全的，可是，這些中繼節點的安全性 ，還需要得到人為的保障。」 潘建偉舉 例說，假如人們使用量子衛星來作為中 繼節點，衛星就掌握着用戶 分發的全部密鑰，一旦衛星被 他方控制，仍然會有信息洩露的 風險。 「我們想嘗試一下，如果把 『墨子 號』 作為糾纏源，而不是中繼點，去產 生安全的密鑰，那麼就有完全解決量子 通信源端的不完美帶來的安全問題。」 潘建偉表示。

 「邊走邊下蛋」 走向應用

 6月15日，潘建偉等研究團隊在國 際著名學術期刊《自然》雜誌上在線發表 了題為 「基於糾纏的千公里級安全量子 加 密 （Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres）」 的研究論文。 《自然》雜誌審稿人稱讚該工作 「 展示了一項開創性實驗的結果」 ， 「這 是朝向構建全球化量子密鑰分發網絡甚 至量子互聯網的重要一步」 ， 「不依賴 可信中繼的長距離糾纏量子密鑰分發協 議實驗的實現是一個里程碑」 。 「最初設計 『墨子號』 的時候，我 們也沒敢想能做這個實驗。目前這個成 果也只是原理性的科學實驗，暫時還沒 有實用價值。」 雖然潘建偉形容自己的 工作是 「邊走邊下蛋」 ，但實際上，他 已經在構思下一步工作了。

1120公里量子糾纏 遠距離實驗解構

同時與兩個 地面站建立 光鏈路 以每秒2對的速度在地面 超過1120公里的兩個站之間 建立量子糾纏，進而在有限 碼長下以每秒0.12比特的最終 碼速率產生密鑰 
•在實驗中，通過對地面接收光路和 單光子探測器等方面進行精心設計和 防護，保證了公平採樣和對所有已知 側信道的免疫，所生成的密鑰不依賴 可信中繼，並確保了現實安全性。
 •結合最新發展的量子糾纏源技術， 未來衛星上可每秒產生10億對糾纏光 子，最終密鑰成碼率將提高到每秒幾 十比特或單次過境幾萬比特。