中國開(kāi)建世界上最遠距離光纖量子通信干線(xiàn)

　　5月12日消息，在兩項最新進(jìn)展推動(dòng)下，網(wǎng)絡(luò )安全領(lǐng)域應用量子物理向著(zhù)實(shí)現遠距離數據安全傳輸這一夢(mèng)想更靠近了一步。

　　據英國《自然》周刊4月24日一期報道，近日，中國開(kāi)始建設世界上最遠距離的光纖量子通信干線(xiàn)——連接北京和上海，光纖距離達到2000公里。另一方面，由東芝、英國電信集團、德國ADVA光網(wǎng)絡(luò )公司以及英國國家物理實(shí)驗室組成的聯(lián)合研究組宣布了通過(guò)現場(chǎng)網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗而得出的“令人鼓舞”的研究成果，驗證了在進(jìn)行經(jīng)典通信的同時(shí)實(shí)現量子通信的可行性。

　　數據安全依賴(lài)于密鑰(由數字0和1組成的一段序列，用于對信息進(jìn)行加解密)的安全性。然而傳統的加密系統中，密鑰在傳輸過(guò)程中面臨著(zhù)被竊聽(tīng)的風(fēng)險。而量子通信通過(guò)一項利用光子微觀(guān)特性的量子密鑰分發(fā)技術(shù)“解決了現有通信系統中這一最薄弱的環(huán)節”，提供量子密碼產(chǎn)品和服務(wù)的瑞士公司IDQuantique的共同創(chuàng )始人和首席執行官格列瓦·里波迪說(shuō)。

　　量子密鑰分發(fā)利用單光子的量子狀態(tài)對密鑰進(jìn)行編碼。當存在任何竊聽(tīng)時(shí)，量子力學(xué)原理決定了這種行為一定會(huì )擾動(dòng)光子的量子狀態(tài)，從而被通信方察覺(jué)。中國上述投資約1億美元的開(kāi)創(chuàng )之舉和上面提到的聯(lián)合研究中的系統都應用了量子密鑰分發(fā)技術(shù)。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉教授——其團隊牽頭實(shí)施“京滬干線(xiàn)”工程——介紹道：“‘京滬干線(xiàn)’不僅將為政府和金融機構提供最高安全等級的通信保障，也將是檢驗量子物理基本原理和測試、應用新技術(shù)的試驗床。”

　　潘建偉希望結合這個(gè)地面光纖網(wǎng)絡(luò )和將于明年發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗衛星來(lái)實(shí)現廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò )。同時(shí)，這將為諸如量子力學(xué)非定域性等量子物理基本原理的檢驗提供研究平臺。

　　中國并非唯一開(kāi)展遠距離實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò )建設的國家。巴特爾紀念研究所的研究人員唐·海福德領(lǐng)導的團隊和IDQuantique合作，已著(zhù)手在該機構位于美國哥倫比亞市的總部和華盛頓地區辦公室間建立長(cháng)達650公里的量子通信線(xiàn)路。據海福德透露，他們還進(jìn)一步計劃，在此線(xiàn)路的基礎上建立起連接美國主要城市、總長(cháng)超過(guò)1萬(wàn)公里的環(huán)美國量子通信網(wǎng)絡(luò )。

　　中國和美國的這兩個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò )都利用暗光纖作為傳送量子信號的線(xiàn)路。不過(guò)，來(lái)自劍橋大學(xué)東芝(歐洲)研究中心的安德魯·席爾茲認為，暗光纖“并非隨處可得，并且可能價(jià)格昂貴(因為要占用一條單獨的光纖)”。這一問(wèn)題自然的解決之道就是嘗試在“亮光纖”——即用來(lái)進(jìn)行經(jīng)典通信的光纖——上傳送量子信號。然而通常情況下，用以進(jìn)行經(jīng)典通信的光強達到每個(gè)光脈沖包含數千億個(gè)光子，相比之下，單光子級別的量子通信信號就直接被湮沒(méi)。

　　席爾茲及其同事近日發(fā)表的研究則成功解決了這一問(wèn)題。通過(guò)波分復用，他們在英國電信集團一條兩端相距26公里的亮光纖線(xiàn)路中實(shí)現了穩定的量子密鑰分發(fā)：在一根光纖內四通道經(jīng)典通信數據的強光背景下，高速的量子密鑰分發(fā)持續了數個(gè)星期。