我國科研團隊宣布成功實現了跨越4600公里的星地量子密鑰分發，標志著我國已構建出天地一體化廣域量子通信網雛形。中國科學家利用量子保密通信“京滬干線”和“墨子號”量子科學實驗衛星，成功組建了世界上首個集成700多條地面光纖量子密鑰分發鏈路和兩條衛星對地自由空間高速量子密鑰分發鏈路的廣域量子通信網絡，實現地面跨度4600公里、天地一體的大范圍、多用戶量子密鑰分發，證明廣域量子通信技術實際應用已經初步成熟，為未來實現覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定堅實的科學技術基礎。該成果1月7日發表于《自然》。

整個網絡覆蓋我國四省三市32個節點，包括北京、濟南、合肥和上海4個量子城域網，通過兩個衛星地面站與“墨子號”相連，總距離4600公里，目前已接入金融、電力、政務等行業的150多家用戶。

星地量子通信網的建成，為未來實現覆蓋全球的“量子網”奠定科技基礎，也為相對論、引力波等科學研究，提供了前所未有的“天地實驗室”。這一成果由中國科學技術大學潘建偉及其同事陳宇翱、彭承志與中國科學院上海技術物理研究所王建宇研究團隊、濟南量子技術研究院研究人員及中國有線電視網絡有限公司合作完成。

于其中，“墨子號”牽手“京滬干線”，我國相關科研機構、企業合作，構建了全球首個星地量子通信網。經過兩年多穩定性、安全性測試，實現了跨越4600公里的多用戶量子密鑰分發。由中國航天科技集團有限公司八院研制的長征二號丁運載火箭于2016年成功發射全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”。2017年，我國建成世界首條量子保密通信干線“京滬干線”。

“墨子號”于2016年8月成功發射，已經圓滿實現預定的全部三大科學目標。“墨子號”與河北興隆地面站建立了光鏈路，在1200公里通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離地面光纖信道高20個數量級。最近，研究團隊在南山地面站實現單軌衛星對地面站量子密鑰生成速率達每秒47.8kb，比之前工作高約40倍。此外，還將衛星與地面的安全成碼距離從1200公里延長到2000公里，地面站俯仰角跨度幾乎可以覆蓋整個天空，其信道損耗與中高軌道衛星與地面之間的損耗相當，為未來在中高軌衛星應用量子通信打下實驗基礎。2019年，國家電網有限公司基于“墨子號”建立從北京至新疆跨越2600公里的量子密鑰分發信道，實現了電力通信數據加密傳輸，首次從工程上檢驗了星地量子通信開展實際業務的可行性。

“京滬干線”于2017年8月底完成驗收，總長超過2000公里，是世界上最遠距離的基于可信中繼方案的量子安全密鑰分發干線，目前已經接入金融、電力、政務等150余家行業用戶。研究團隊攻克了高速量子密鑰分發、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網絡管控監控等關鍵技術。安全性測試結果表明，“京滬干線”可以抵御目前所有已知的量子黑客攻擊，密鑰分發量可以支持1.2萬以上用戶同時使用。

量子通信是量子科技三大方向之一，經過20多年努力，中國在該領域實現了從跟跑到領跑的重大轉變。基于“不可分割”“不可克隆”等量子特性，量子通信被稱為“原理上無條件安全”的通信方式，在多領域具有應用前景。按通信信道的不同，量子密鑰分發主要有光纖和自由空間兩種實現方式。光纖量子密鑰分發技術的信道穩定性較好，不易受溫度、濕度、天氣等環境因素影響，但由于光纖固有衰減特性，光纖量子密鑰分發傳輸距離限制在百公里量級。自由空間量子密鑰分發以大氣層和外太空的自由空間為傳輸介質，光子在自由空間中具有低損耗特性，這使得基于衛星平臺的千公里以上量級量子密鑰分發成為可能。

原文標題：來了！全球首個“星-地”量子通信網

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責任編輯：haq