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06-17
量子保密通信的实用安全又迈进了一步向前迈出了一大步！中国科学技术大学潘建伟团队领导的量子通信研究取得重要突破，主要体现在两个方面：一是首次通过物理原理保证了卫星传输密钥的安全性；二是首次通过物理原理保证了卫星传输密钥的安全性。
其次，将以往的地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，实现了千米级的纠缠量子密钥分发；这也是全球首次实现千公里级别的基于纠缠的量子密钥分发。
该研究成果现已发表在《Nature》杂志上，标题为“基于纠缠的超过1公里的安全量子密码学”《基于纠缠的千公里级安全量子加密》。
首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发 量子密钥分发（QKD）是一种在远程用户之间共享密钥的安全方法。
理论上，量子通信提供了一种无条件安全的通信方法。
但要走向应用，还有两大问题亟待解决——现实条件下的安全问题和远距离传输问题。
经过科学界30多年的研究，在地球上的站之间创建量子密码链路的最大距离约为公里，在实验室中可以达到公里。
如果想要实现更远距离的量子通信，就需要使用“信息站”，比如利用卫星充当地面站的可信中继，从而增加量子链路的长度。
然而，中继节点的安全性需要人为保证。
一旦信息站被他人劫持或控制，就存在信息泄露的风险。
于是，潘建伟团队寻求了一种新的解决方案，即“不依赖可信中继”。
潘建伟告诉《中国科学报》：如果用“墨子”（原本用作中继的量子卫星）作为纠缠源而不是中继点来生成安全密钥，那么量子通信的源端问题将得到彻底解决。
完美带来的安全问题。
从理论层面来看，基于量子纠缠的量子密钥分发原理是让用户通过量子纠缠直接生成密码。
纠缠源没有任何密钥信息，从而从根本上解决了量子通信源头的安全问题。
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也就是说，即使卫星被劫持或者设备被控制，基于纠缠的量子密钥仍然是安全的。
雷锋网注：图片来源中国科学院。
本次实验中，潘建伟团队在相距2公里的青海德令哈站和新疆南山站之间进行了实验。
每个站都有一条宽1.2米的新建隧道，专为量子实验而设计。
望远镜。
为了提高量子加密链路的效率，研究人员正在重点改进用于获取、定向和跟踪卫星和地面站目标的系统。
不仅如此，研究人员还致力于提高地基透镜和其他光学设备的接收和收集效率。
最终，研究实验将双光子分布的链路效率提高了近4倍，以每秒2对光子的速度在两个站之间建立了量子纠缠，并以每秒0.12位的最终码率生成加密。
钥匙。
毫无疑问，这一研究成果是量子通信领域的里程碑式进展。
《自然》杂志评论家评价：（这项工作）展示了一项突破性实验的结果，这是朝着构建全球量子密钥分发网络乃至量子互联网迈出的重要一步。
我认为完成不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议的实验是一个里程碑。
不仅如此，研究成果也得到了业界人士的认可。
沃尔夫物理学奖获得者、量子密码学的提出者之一吉尔斯·布拉萨德表示：这将最终实现所有密码学家的千年梦想。
“墨子”，老将新用 如前所述，实现远距离量子通信需要借助中继点，而量子卫星就是可用的中继方式之一。
潘建伟院士表示，如果说地面量子通信构建了一个连接每个城市、每个信息传输点的“网络”，那么量子科学实验卫星就像一把“标枪”，将这个网络射向太空。
。
在这次研究实验中，“墨子号”是最初用作中继的量子卫星。
雷锋网注：图为“墨子号”量子科学实验卫星概念图。
2019年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。
它承载着对星地量子通信可能性的首次探索。
该任务将首次在空间尺度上验证量子理论的真实性。
实践证明，墨子不仅完成了使命，而且取得了超出预期的成果。
2017年，“墨子号”不仅顺利完成了为期4个月的在轨测试任务，还取得了多项新成果，包括首次实现数千公里量级量子纠缠、首次成功实现从卫星到地面的量子密钥。
从地面到卫星的分布和量子隐形传态。
至此，“墨子号”已经成功实现了预设的三个科学目标。
2019年1月，“墨子”号首次实现北京与维也纳之间相距一公里的洲际量子保密通信，标志着“墨子”号具备了实现洲际量子保密通信的能力。
值得一提的是，“墨子”原来的设计寿命只有2年，但现在已经在轨运行了3年零10个月，并将继续服役。
中国研究人员今年2月表示，墨子号量子科学实验卫星预计将超过预期寿命，继续工作至少2年，并开展更多国际合作。
也就是说，“墨子”号至少要服役到2020年。
潘建伟，他是谁？在中国量子信息领域，潘建伟是不可或缺的关键人物。
被誉为“量子之父”的潘建伟是“墨子”的首席科学家。
主要从事量子物理和量子信息研究，是国际量子信息实验研究领域的先驱之一，也是该领域具有重要国际影响的科学家。
翻看潘建伟院士的履历，我们只能惊叹，非常无与伦比。
《基于纠缠的千公里级安全量子加密》之前，潘建伟曾多次在国际期刊上发表研究论文。
2016年5月，潘建伟在《现代物理评论》上发表了题为《多光子纠缠与干涉测量》的论文。
这是中国科学家在该杂志上发表的第一篇实验论文，该文章荣获年度国家自然科学奖一等奖（中国自然科学领域的最高奖项）；今年9月，潘建伟团队与加拿大研究小组合作的研究成果《利用测量器件无关量子密钥分发解决量子黑客隐患》由《物理评论快报》发布。
不仅如此，《科学》杂志、《物理》杂志等刊物也进行了专题报道。
今年11月，潘建伟等研究人员将可抵抗黑客攻击的远程量子密钥分配系统的安全距离延长至公里，并将码率提高了3个数量级，创下了世界纪录。
结果发表于《物理评论快报》。
2017年2月26日，《Nature》以封面标题《单个光子的多个自由度的量子隐形传态》（单光子多自由度的量子隐形传态）发表了潘建伟参与的研究论文。
·······而就在今年，潘建伟再次刷新了世界纪录。
潘建伟和包晓晖团队在实验室实现了远距离量子纠缠。
两个实验计划分别实现了22公里和50公里的量子纠缠。
基于他的学术成就，潘建伟也多次受到国内外的认可，并获得了无数奖项。
早在2010年，潘建伟就入选“中国科学院引进海外优秀人才”之一； 2006年荣获“物理科学奖”； 2016年入选十大科学人物之一； 2006年被评为改革开放突出贡献对象； 2016年荣获“蔡司研究奖”·······在国际上，潘建伟的认可度还是很高的。
2020年1月，潘建伟团队荣获年度克利夫兰奖；这也是克利夫兰奖设立90年来首次由中国科学家在本土完成的科研成果获此殊荣。
对于这样的成绩，只能像网友一样默默点赞。
雷锋网注：图取自微博。
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