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作者：虞涵棋
【新智元導讀】潘建偉團隊再次帶領 “中國隊” 取得量子通信又一突破。 1 月 19 日， 通過 “墨子號” 的中繼， 相距 7600 公里的中國和奧地利完成量子保密通信。
世界首顆量子通信實驗衛星完成目標；世界首條量子保密通信 “京滬幹線” 開通；世界首次洲際量子通信…… 在過去一年裡， 中國科學技術大學潘建偉團隊帶領 “中國隊” 迅速走到了量子通信的前沿領域。
1 月 19 日， 中國科學技術大學披露了首次洲際量子通信的更多技術細節。 國際權威學術期刊《物理評論快報》以封面論文的形式， 介紹了去年９月中國與奧地利科學家借助 “墨子號” 衛星成功實施的世界首次量子保密的洲際視頻通話。 通過 “墨子號” 的中繼， 相距 7600 公里的中國和奧地利完成量子保密通信。
北京向維也納發送了一張大小 5.34kB 的 “墨子號” 照片， 而維也納則向北京發送了一張大小 4.9kB 的薛定諤照片， 通過一段 80kbit 的量子金鑰進行一次一密加密（即 1 比特信息用 1 比特金鑰加密）。
這次量子保密通信與潘建偉的博士導師、奧利地科學院 Anton Zeilinger 教授合作完成。 “墨子號” 向北京附近的興隆地面站和維也納附近的格拉茨（Graz）地面站進行了量子金鑰分發，
此外， 中國科學院還與奧地利科學院進行了洲際量子保密視訊會議， 採用 128 位高級加密標準（每秒刷新 128 位種子金鑰表）。 中奧雙方用 560kbit 金鑰支持了 75 分鐘的視訊會議， 共傳輸約 2GB 資料。
傳統的公開金鑰密碼系統依賴特定數學函數的計算難度， 但理論上都可以被破解。 相反， 量子金鑰分發是迄今唯一被嚴格證明無條件安全的加密方式。 通信者用量子疊加態對資訊進行加密， 而基於量子不可複製原理，
經過十多年的實驗探索， 潘建偉團隊將量子糾纏分發距離從十幾公里拓展到 404 公里， 實現了世界上最遠距離的點到點光纖金鑰分發， 可以滿足城際量子通信的需求。
不過， 光纖或地面自由空間傳輸的損耗較大， 量子通信距離僅限於數百公里。 為了實現地球上任意兩點間的量子通信， 利用 “天地鏈路” 是個可行的方案。 光子在地面與衛星間傳輸時， 經過的距離絕大多數是真空， 產生的損耗和退相干程度可以忽略不計。
潘建偉團隊在 2016 年 8 月將世界首顆量子通信實驗衛星 “墨子號” 送上 500 公里高的近地軌道。 與 “墨子號” 進行合作實驗的 5 個地面站也相繼落成， 分別位於河北興隆、新疆南山、青海德令哈、雲南麗江和西藏阿裡。
2017 年， 潘建偉團隊宣佈 “墨子號” 在一年時間內圓滿完成三大科學目標：超過 1200 公里的星地誘騙態量子金鑰分發；距離 1200 公里的星地量子糾纏分發和貝爾態測量；地星量子隱形傳態。
這三個突破性的實驗是搭建全球量子通信網路的基石。 結果證實， 針對 1200 公里的量子金鑰分發， 衛星鏈路效率比光纖高出了 20 多個數量級。
如今， 地面 “京滬幹線” 和天上的 “墨子號” 星地鏈路已經進行了整合。 2017 年 9 月底， 世界首條量子保密通信幹線——“京滬幹線”正式開通， 全長 2000 公里， 貫穿濟南和合肥。 而興隆地面站通過光纖接入了北京的多個量子通信網點。 政府機構、銀行和保險公司正通過實際應用測試量子通信骨幹網路。
*披露更多技術細節的論文位址：DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.030501
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