外媒关注:中国量子通信取得重大进展 打破记录(图)
参考消息网6月17日报道外媒称，中国15日通过一个具有重大地缘战略意义的里程碑事件展现其科技实力：打破量子通信距离的纪录。
据西班牙《国家报》网站6月15日报道，中国一个科学家团队15日宣布，首次使用量子技术实现加密信息的同时传输。加密信息从太空卫星发出，抵达相距1120公里的两个地面望远镜，这个距离大约是迄今已实现距离的近10倍。
报道称，量子现象产生于微观层面，但可以对现实世界产生重大影响。处于纠缠状态的两个粒子无论相隔多远，只要测量了其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态也会相应确定。若有人试图在传输过程中观测粒子，则粒子的状态就会改变，纠缠状态也会破坏。这项属性使得创建一个理论上不可能被破坏或入侵的量子通信系统成为可能，因为窥探者单单进行观测就会破坏信息。
中国科学家15日在英国《自然》周刊网站上发表一篇论文，详细阐释了利用纠缠状态的光子来传输密钥的过程。光子从在距离地球500公里的轨道上运行的“墨子号”卫星发出，抵达相距1120公里的新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站。
报道指出，1比特的信息使用两个处于纠缠状态的光子来加密。中国科学家这次展示了372比特密钥的安全传输。密钥可用于解锁通过任何渠道传输的加密信息，包括互联网和电话。
报道注意到，中国科学家在研究中使用不同类别的攻击来测试系统，结果显示系统安全。这种传输方式的速度和效率大约是地面光纤的上亿倍。研究负责人指出，这项工作为创建全球量子通信网奠定了基础。
西班牙国家研究委员会量子通信专家何塞·加西亚-里波利说：“没有人在如此远的距离完成过这项工作。中国科学家在技术层面上取得了独一无二的成就。中国正处于这个领域的前列。”
另据美国《纽约时报》网站6月15日报道，15日，一个科学家团队在《自然》周刊上声称，在一颗卫星与两个大约相距1120公里的地面站之间，成功试验传输了一个用于对信息进行加密和解密的密钥。
报道称，这些中国作者于2017年首次报告在卫星传输中利用量子纠缠取得成功。现在他们表明，他们已提高其效率、降低其错误率，从而足以利用量子纠缠来进行密钥的分发。
曾在美国橡树岭国家实验室任职的科学家邓肯·厄尔说，中国的进步似乎意义重大。厄尔现在是位于加利福尼亚州维斯塔的量子计算技术公司的总裁兼首席技术官。
负责中国量子卫星研究工作的科学家潘建伟是上述发表在《自然》周刊论文的资深作者。
2016年8月，中国在戈壁滩上发射了世界上首颗用于试验光粒子量子信息传输的卫星。这颗卫星被称为“墨子号”，以纪念公元前5世纪的一位中国哲学家。卫星发射激光束，为两台相距1120公里的望远镜分发量子信号，这两台望远镜分别建在德令哈和南山地面站。
接着，2017年6月，潘博士及其33名中国同事在美国《科学》周刊上称，传输取得了成功。他们说，其信号效率“比两个光子通过通信光纤双向传输（这一标准方式）高了若干数量级”。
在新论文中，潘博士的团队称，他们升级了望远镜和光学设备，精细跟踪了该系统相隔遥远的各部分的目标，从而提高了通信连接的效率。
作者们写道，实验结果表明，密钥传输的实际安全性提高到了“前所未有的水平”。
量子计算技术公司的厄尔博士说，云雨等环境因素此前曾大大削弱中国在地球与太空间的传输。他在提到新披露的研究成果时说：“这是进步，是向前迈出的重要一步。”
厄尔博士说，总的来说，北京似乎在解开量子谜团以及在太空中实际应用量子技术这场竞赛中远远领先于华盛顿。
2016年11月26日拍摄的“墨子号”量子科学实验卫星与兴隆量子通信地面站建立天地链路（金立旺 摄）
量子通信再获突破走向商用更近一步
中国科学技术大学潘建伟院士研究团队，联合中科院上海技术物理研究所王建宇等相关团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发。该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子通信，取得了量子通信现实应用的重要突破。6月15日，国际著名学术期刊《自然》杂志在线发表了这一研究成果。
潘建伟表示，基于该研究成果发展起来的高效星地链路收集技术，可以将量子卫星载荷重量由现有的几百公斤降低到几十公斤以下，同时将地面接收系统的重量由10余吨大幅降低到100公斤左右，实现接收系统的小型化、可搬运，为将来卫星量子通信的规模化、商业化应用奠定坚实的基础。
“实现信息安全，是人类的梦想。而所有依赖于计算复杂度的经典加密算法原理上都会被破解。”潘建伟表示，量子通信提供了一种原理上安全的通信方式，但要从实验室走向广泛应用，需要解决两大挑战，分别是现实条件下的安全性问题和远距离传输问题。
量子通信通常采用单光子作为物理载体，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。但是，这两种信道的损耗都随着距离增加而增加。潘建伟说，由于信号损耗，使用光纤分发量子密钥有一个距离的上限，通过国际学术界30余年的努力，目前将现场点对点分发量子密钥的安全距离提高到了百公里量级。
要实现更远距离的量子密钥分发，一个可行的方案是使用可信中继。可信中继可理解为“接力跑”。比如，世界首条量子保密通信京沪干线通过32个中继节点，贯通了全长2000公里的城际光纤量子网络。
不过，尽管可信中继将传统通信方式中整条线路的安全风险限制在有限的中继节点范围，但中继节点的安全仍然需要得到人为保障。例如，在星地量子密钥分发过程中，量子卫星作为可信中继，掌握着用户分发的全部密钥，可如果卫星被他方控制，就存在信息泄露风险。
研究团队通过对地面望远镜升级，在“墨子号”量子卫星过境时，使其同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路，以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠，进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。在实验中，卫星作为纠缠源，只负责分发纠缠，不掌握密钥的任何信息；而用户间的密钥是通过纠缠直接产生的，不再需要卫星中转。
《自然》杂志审稿人称赞该工作是迈向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。在潘建伟看来，这一最新研究将无中继的量子密钥分发距离首次突破1000公里，是一大重要突破；更重要的意义在于，即使卫星被他方控制也能够产生安全的密钥。
据了解，“墨子号”研究团队迄今已在《自然》及《科学》杂志发表了5篇研究论文，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。（记者 沈慧）
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