潘建伟量子通信面临两大挑战

梅峥扬 科技日报记者 陆成宽

人类真的能够完结安全的信息传送吗？这到底是愿望，仍是实践？

9月10日的北京雁栖湖，尽管天空淅淅沥沥地下着雨，但仍有不少学者和学生赶来参与中国科学院与德国国立科学院（Leopoldina）联合举行的第一届双方研讨会。会上，中国科学院院士、中国科学技能大学常务副校长潘建伟作了题为“愿望仍是实践？量子通讯的曩昔、现在与未来”的陈述。

对信息的安全传输是数千年来人类一向寻求的愿望。理论上，一切依赖于核算复杂度的经典加密办法原理上都能够被破解，因而在前史开展中，经典暗码学的每一次前进都被破解技能的前进所打败。那么人类能否创造一种暗码东西来保证信息传输的安全性？详细而言，该如安在相距悠远的两地完结安全的密钥分配呢？

1968年，以色列科学家斯蒂芬·威斯纳提出能够用量子体系来完结经典办法所不能够处理的信息处理使命，这启发了人们创造量子通讯和量子暗码学。1984年，美国IBM公司的查尔斯·贝内特和加拿大蒙特利尔大学的吉列·巴萨德一起提出了第一个也是最为闻名的量子密钥分发协议BB84协议。量子密钥分发运用单光子的不行分割性、不知道量子态的不行仿制性等微观粒子特有的性质，从原理上保证了密钥的不行偷听，然后保证了信息传送的安全。

潘建伟在陈述中指出，在人类完结远间隔安全量子通讯的征程上有两大应战，别离是实践条件下的安全性问题和远间隔传输问题。

量子密钥分发因其具有理论上的无条件安全性而备受重视，可是在实践体系中，量子密钥分发体系会因为设备的非完美性而存在安全性缝隙。因为量子密钥分发过程中，线路的安全性是能够严厉保证的，因而或许的安全性缝隙就会集在发射端和接纳端。拐骗态计划和“丈量器材无关”计划别离处理了上述两头的安全性缝隙。这两个计划均首先被潘建伟团队完结。

潘建伟介绍道，结合“丈量器材无关”计划与自主可控的光源，量子密钥分发就能够到达“信息论可证”的安全性。因而，现在实践条件下量子密钥分发的安全性现已很好地建立起来了。

迄今为止，在地上试验中，量子密钥分发的点对点间隔可到达500千米量级，而量子隐形传态可到达100千米。那么，如安在此基础上持续添加量子通讯的间隔呢？

一个阶段性的处理计划是可信中继传输，我国建造的光纤总长超越2000千米的“京沪干线”便采用了这一计划。在可信中继计划中，需求人为保证中继站点的安全，而中继之间的线路则是安全的。这比传统通讯手法中整条线路处处都面临着信息走漏的危险而言，大幅进步了安全性。

更为久远的计划是运用量子中继器。量子中继包含量子羁绊纯化、量子羁绊交流和量子存储等手法，能够在悠远地址间分发量子羁绊，然后完结远间隔的量子通讯。潘建伟团队在量子中继的中心环节取得了一系列重要效果，现在已可支撑经过量子中继完结500千米的量子通讯。可是量子中继器的实践使用或许还需求等候10年之久。

现在更为有用的办法是根据卫星的量子通讯技能。这种手法不受地球表面障碍物的影响，在外太空也几乎没有衰减。我国于2016年研制成功并发射世界上首颗量子科学试验卫星“墨子号”，在世界上首先完结星地量子通讯试验，充沛验证了这一技能的可行性。

陈述中，潘建伟展望量子通讯的未来，描绘了一幅令人遥想的图景：经过量子卫星与地上光纤网络，并与经典通讯网络相交融，未来将可构成掩盖全球的广域量子通讯网络，全面进步信息安全水平。而运用广域的量子通讯网络，人类能够开展出空间分辨率极高的望远镜技能；也能够构建高精度的光频率传递网络，精度比较现在的微波时频网络能够进步4个数量级。

而“墨子号”量子卫星开展的空间量子科学试验技能，也为物理学基本原理研讨供给了全新的渠道。例如，最近潘建伟团队运用“墨子号”量子卫星对Event Formalism量子引力模型进行了查验，初次对量子力学和引力的交融进行了试验探究。运用高轨空间极低的引力和磁场噪声，未来还有望完结精度高达10-21的光钟，将会促进对引力波信号，特别是低频信号的勘探，能够提醒更为丰厚的地理现象。

来历：科技日报 文中图片来自网络

修改：张爽（实习）

审阅：朱丽