中国研发全球首个跨4600公里量子通信网络 登上《自然》
1月7日，《自然》杂志上刊发了由中国科学技术大学教授潘建伟、陈宇翱等撰写的论文《跨越4600公里的天地一体化量子通信网络》。
论文介绍了中国科研团队构建的世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络，实现了跨越4600公里的星地一体量子密钥分发。
据新华社，潘建伟介绍道，《自然》杂志审稿人评价称，这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络，是量子通信“巨大的工程性成就”。
量子通信被称为“原理上无条件安全”的通信方式。潘建伟等曾撰文指出，即便窃听者控制了通道线路，量子密钥分发技术也能让空间分离的用户共享安全的密钥，学界将这种有严格数学证明的安全性称为“绝对安全”。
因此，金融、政务等对信息传输安全要求较高的场景也率先接入了量子通信网络。
目前，已有来自金融、电力、政务等150多家行业用户接入了上述量子通信网络。2019年初，国家电网有限公司基于该网络，建立了跨越2600公里、从北京至新疆的量子密钥分发信道，实现了电力通信数据加密传输，首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。
据悉，研究团队此次构建的量子通信网络是基于量子保密通信京沪干线与“墨子号”量子卫星成功对接的基础上，京沪干线网络总长超过2000公里，覆盖了包括北京、济南、上海和合肥在内的四省三市共32个节点，是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线，于2017年9月底正式开通。
量子网络示意图。图自《自然》杂志。
在建成后的两年多时间里，京沪干线网络通过了光子数分离攻击、致盲攻击、时移攻击、波长依赖攻击和一些潜在的特洛伊木马攻击等安全性测试，表明其可以抵御目前所有已知的量子黑客攻击方案。
研究团队还将密钥生成的速率提高了约40倍，目前，京沪干线网络的密钥分发量可以支持1.2万以上用户同时使用。
此外，研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1200公里拓展到2000公里，相应的地面站俯仰角跨度可达170°——几乎可以覆盖整个天空。目前，该量子通信网络已经能够提供包括视频通话、音频通话、传真、文本传输和文件传输等在内的多种服务。
中国科学技术大学官网上的文章指出，论文论证了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟，研究成果也为日后实现量子通信系统小型化、低成本、国产化奠定了基础——研究团队最近成功研制了重量约百公斤的小型地面站，实现了与墨子号的星地量子密钥分发实验，和国际多个地面站进行了星地量子密钥分发实验，未来有望进一步做到可单人搬运。
