北京时间1月7日凌晨,中科大潘建伟院士及其同事陈宇翱、彭承志等与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、济南量子技术研究院及中国有线电视网络有限公司合作,在《Nature》上发表了题为“跨越4600公里的天地一体化量子通信网络”(An integrated space-to-ground quantum communication network over 4,600 kilometres)的论文[2]。

中国4600公里的量子通信突破,能断争议?-量子客
图1|Nature论文(来源:Nature)

研究团队在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,构建了世界上首个集成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,实现了地面跨度4600公里的星地一体的大范围、多用户量子密钥分发

资料显示,该研究进行了长达两年多的稳定性和安全性测试、标准化研究,并开展了在政务金融电力等不同领域的应用示范。

论文是对上述成果的一个系统性总结,证明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

中国4600公里的量子通信突破,能断争议?-量子客
图2|广域量子通信网络雏形(来源:中国科大)

 

1. 信道差异,天地协同

按通信信道的不同,量子密钥分发主要有光纤自由空间两种实现方式。

相对而言,光纤QKD技术的信道稳定性较好,不易受到温度、湿度、天气等环境因素影响,可以实现基本恒定的安全码率,在城域城际范围内可以方便的连接到千家万户

而在超远距离、移动目标、岛屿和驻外机构等光纤资源受限的场景,可以通过卫星中转的自由空间信道连接。

将地面光纤和自由空间结合的策略,可以实现规模、全覆盖的量子通信网络。

 

2. 公开成果,大客户使用

量子保密通信京沪干线总长超过2000公里,覆盖四省三市32个节点,基于官方提供的可信中继方案,在2017年9月底已正式开通。

“墨子号”量子卫星在南山地面站实现卫星对地面站的高速量子密钥分发,生成速率比之前的工作高出约40倍。

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°

据官方称,目前该项目已经接入包括金融、电力、政务等150多家行业用户。

2019年初,国家电网有限公司基于该网络,建立了跨越2600公里、从北京总公司至国网新疆电力有限公司的量子密钥分发信道,实现通信数据加密传输

 

3. 争议与讨论,期待与希冀

近期,QKD的可行性再次进入人们讨论话题范围内。去年12月美国国家安全局(NSA)评估加密解决方案的使用情况时,对此发表了观点

NSA认为,目前尚有很多限制制约着某些技术的使用,在没法攻破技术壁垒时,并不主张自身使用在技术方面尚未突破的量子密钥分发(QKD)和量子密码学来确保国家安全系统(NSS)的数据安全传输。

这样的观点给外界对于使用QKD技术带来了质疑,但NSA的核心要素不在于否定,而关键是,是否能攻破技术壁垒,技术壁垒如果尚未攻破,或者成本巨大,考虑不同应对策略也是情理之中。这里,质疑还会存续很久,难以断言。

一直以来,技术的更迭和产业化都带来巨大的争议,创新技术同样面临这样的考验,解决了技术限制就是技术价值的体现。

期待更多突破的同时,也能从成果中做出合理的判断和未来预测。最为重要的,看清事实,破除争议!

 

参考链接:

[1]http://www.quantumcas.ac.cn/2021/0107/c20525a467381/page.htm

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-020-03093-8

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁艳