橫跨4600公里！天地一體量子通信網(wǎng)絡(luò )成了

　　中國科學(xué)家利用量子保密通信“京滬干線(xiàn)”和“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛星，成功組建了世界上首個(gè)集成700多條地面光纖量子密鑰分發(fā)鏈路和兩條衛星對地自由空間高速量子密鑰分發(fā)鏈路的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )，實(shí)現地面跨度4600公里、天地一體的大范圍、多用戶(hù)量子密鑰分發(fā)，證明廣域量子通信技術(shù)實(shí)際應用已經(jīng)初步成熟，為未來(lái)實(shí)現覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò )奠定堅實(shí)的科學(xué)技術(shù)基礎。該成果1月7日發(fā)表于《自然》。

　　按通信信道的不同，量子密鑰分發(fā)主要有光纖和自由空間兩種實(shí)現方式。光纖量子密鑰分發(fā)技術(shù)的信道穩定性較好，不易受溫度、濕度、天氣等環(huán)境因素影響，但由于光纖固有衰減特性，光纖量子密鑰分發(fā)傳輸距離限制在百公里量級。
　　自由空間量子密鑰分發(fā)以大氣層和外太空的自由空間為傳輸介質(zhì)，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(fā)成為可能。

　　“京滬干線(xiàn)”于2017年8月底完成驗收，總長(cháng)超過(guò)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(fā)干線(xiàn)，目前已經(jīng)接入金融、電力、政務(wù)等150余家行業(yè)用戶(hù)。
　　研究團隊攻克了高速量子密鑰分發(fā)、高速高效率單光子探測、可信中繼傳輸和大規模量子網(wǎng)絡(luò )管控監控等關(guān)鍵技術(shù)。
　　安全性測試結果表明，“京滬干線(xiàn)”可以抵御目前所有已知的量子黑客攻擊，密鑰分發(fā)量可以支持1.2萬(wàn)以上用戶(hù)同時(shí)使用。
　　“墨子號”于2016年8月成功發(fā)射，已經(jīng)圓滿(mǎn)實(shí)現預定的全部三大科學(xué)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(gè)數量級。
　　最近，研究團隊在南山地面站實(shí)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(cháng)到2000公里，地面站俯仰角跨度幾乎可以覆蓋整個(gè)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(lái)在中高軌衛星應用量子通信打下實(shí)驗基礎。
　　2019年，國家電網(wǎng)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(fā)信道，實(shí)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(kāi)展實(shí)際業(yè)務(wù)的可行性。
　　這一成果由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉及其同事陳宇翱、彭承志與中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究團隊、濟南量子技術(shù)研究院研究人員及中國有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )有限公司合作完成。