潘建伟:量子通信面临两大挑战

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  人类真的可不时要实现安全的信息传送吗?这到底是梦想,还是现实?

  9月10日的北京雁栖湖,嘴笨 天空淅淅沥沥地下着雨,但仍有不少学者和学生赶来参加中国科学院与德国国立科学院(Leopoldina)联合举办的第一届双边研讨会。会上,中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长潘建伟作了题为“梦想还是现实?量子通信的过去、现在与未来”的报告。

  对信息的安全传输是数千年来人类时不时追求的梦想。理论上,所有依赖于计算比较复杂度的经典加密最好的办法原理上都可不时要被破解,如保让 在历史发展中,经典密码学的每一次进步都被破解技术的进步所击败。那末人类可不时要发明者权两种密码工具来确保信息传输的安全性?具体而言,该如保在相距遥远的两地实现安全的密钥分配呢?

  1968年,以色列科学家斯蒂芬·威斯纳提出可不时要用量子系统来完成经典最好的办法所还可以 了够除理的信息除理任务,这启发了当当我们都 发明者权量子通信和量子密码学。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·巴萨德共同提出了第有有有4个 也是最为著名的量子密钥收集协议BB84协议。量子密钥收集利用单光子的不可分割性、未知量子态的不可基因重组性等微观粒子特有的性质,从原理上保证了密钥的不可窃听,从而确保了信息传送的安全。

  潘建伟在报告中指出,在人类实现远距离安全量子通信的征途上有两大挑战,分别是现实条件下的安全性间题和远距离传输间题。

  量子密钥收集因其具有理论上的无条件安全性而备受关注,如保让 在实际系统中,量子密钥收集系统会机会设备的非完美性而地处安全性漏洞。机会量子密钥收集过程中,线路的安全性是可不时要严格保障的,如保让 机会的安全性漏洞就集中在发射端和接收端。诱骗态方案和“测量器件无关”方案分别除理了上述两端的安全性漏洞。这有有有4个 方案均率先被潘建伟团队实现。

  潘建伟介绍道,结合“测量器件无关”方案与自主可控的光源,量子密钥收集就可不时要达到“信息论可证”的安全性。如保让 ,目前现实条件下量子密钥收集的安全性机会很好地建立起来了。

  迄今为止,在地面实验中,量子密钥收集的点对点距离可达到2000千米量级,而量子隐形传态可达到200千米。那末,如保在此基础上继续增加量子通信的距离呢?

  有有有4个 阶段性的除理方案是可信中继传输,我国建设的光纤总长超过2000千米的“京沪干线”便采用了你类似于 方案。在可信中继方案中,时要人为保障中继站点的安全,而中继之间的线路则是安全的。这比传统通信手段中整条线路处处都面临着信息泄露的风险而言,大幅提高了安全性。

  更为长远的方案是使用量子中继器。量子中继包括量子纠缠纯化、量子纠缠交换和量子存储等手段,可不时要在遥远地点间收集量子纠缠,从而实现远距离的量子通信。潘建伟团队在量子中继的核心环节取得了一系列重要成果,目前已可支持通过量子中继实现2000千米的量子通信。如保让 量子中继器的实际应用机会还时要等待10年之久。

  目前更为有效的最好的办法是基于卫星的量子通信技术。你类似于 手段不受地球皮层障碍物的影响,在外太空也几乎那末衰减。我国于2016年研制成功并发射国际上首颗量子科学实验卫星“墨子号”,在国际上率先实现星地量子通信实验,充分验证了你类似于 技术的可行性。

  报告中,潘建伟展望量子通信的未来,描绘了一幅令人遐想的图景:通过量子卫星与地面光纤网络,并与经典通信网络相融合,未来将可形成覆盖全球的广域量子通信网络,全面提升信息安全水平。而利用广域的量子通信网络,人类可不时要发展出空间分辨率极高的望远镜技术;也可不时要构建高精度的光频率传递网络,精度相比现在的微波时频网络可不时要提高有有有4个 数量级。而“墨子号”量子卫星发展的空间量子科学实验技术,也为物理学基本原理研究提供了全新的平台。类似于 ,最近潘建伟团队利用“墨子号”量子卫星对Event Formalism量子引力模型进行了检验,首次对量子力学和引力的融合进行了实验探索。利用高轨空间极低的引力和磁场噪声,未来还有望实现精度高达10-21的光钟,机会促使对引力波信号,有点儿是低频信号的探测,可不时要揭示更为丰厚的天文间题。