领先世界，中国量子通信再次取得重要突破，潘建伟团队功不可没

大炮说军事
中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟的研发团队，联合英国牛津大学教授Artur Ekert，中科院院士、中科院上海技术物理研究所研究员王建宇团队，中科院微小卫星创新研究院，中科院光电技术研究所等相关团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现了基于纠缠的千公里级量子密钥分发。

该实验成果不仅将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，并且通过物理原理，确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下，依然能实现安全的量子通信，成为量子通信向现实应用的重要突破。

听起来是不是很牛啊！其实，中国在量子通信的发展上，确实是很牛。早在2016年8月份的时候，我国就在世界上率先发射了首颗量子卫星，它就是“墨子”号。该卫星采用平台和载荷一体化设计，体积不大，重量只有640千克。内部的核心结构分为两层，下面一层是卫星平台的控制系统，上面一层搭载了量子通信设备，分别是量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。“墨子”号卫星进入轨道后，能同时与地面的两处光学站建立光链路，也就是可同时进行两路量子通信传输。

“墨子”号量子卫星发射后，我国的“天地一体化”量子通信试验系统就正式开始运行，完成包括星地高速量子密钥分发、广域量子通信网络等多项科学实验。未来我国还将陆续发射多颗量子卫星，力争在2030年前后率先建成全球一体化的广域量子保密通信网络。

说了这么多，也许有人还是不了解量子通信是怎么回事，有什么重要的军事用途。

话说当前的信息化战争，网络连接已经成常态，战场网络已构成了信息化军队的神经中枢，侦察预警、指挥协同、武器控制、后勤保障等作战活动均离不开网络的支持。而网络通信的安全性并不十分可靠，如果我国能首先建成全球量子通信网络，将可以保持自身战场网络的信息的绝对安全，从而对敌方形成信息优势。

说白了，量子通信的最大优势就是安全。

到底怎么安全呢？这就得说说量子通信的原理了。

所谓量子通信，是基于光量子进行的通信，就是利用成对光子之间的量子纠缠效应实现远距离通信，而光量子（光子）作为光的基本单位，有一个特别的属性，那就是不可复制。

以往的任何通信都存在被窃听的可能，包括现在的数字通信，要想窃听或监听，只需要截取光缆、电缆中传输的信息即可。而且因为数字通信是用0和1来组成信息，窃听时，0和1这两种电位信号不会被扰动，所以通话者无法察觉。

而量子通信的信息编码是由光量子组成的，因为量子纠缠原因，两个纠缠的量子不管相距多远，一个光量子的行为永远会影响另一个的状态，当其中一颗被操作（如复制或窃听）而状态发生变化，另一颗会立刻发生相应的状态变化，这就导致任何窃听行为都会造成信号扰动，从而被通信双方察觉。

下面再来谈一下量子通信的距离问题。

就目前的科技水平而言，现场点对点光纤量子密钥分发的安全距离达到了百公里量级，而实验室里则能达到500公里。可要想进行更长距离的量子通信，就需要中继，例如，通过32个中继节点相连接，世界首条量子保密通信“京沪干线”贯通了全长2000公里的城际光纤量子网络；而利用“墨子号”作为中继，中国科学家已经在自由空间信道实现了7600公里的洲际通信距离。

7600公里，军迷朋友都知道，这已经是远程弹道导弹的射程了。

通信距离虽然远了，但这里面又引发了一个安全性问题，即中继节点的安全性还需要得到人为的保障。“墨子号”量子通信卫星为例，它就是一个中继点，掌握着用户分发的全部密钥，一旦卫星被他方控制，就会有信息泄露的风险。

怎么办？这就是潘建伟团队要干的事，他们不是把卫星简单当作中继点，而是当作一个量子纠缠源，通过自由空间信道在遥远两地直接分发纠缠。由于对粒子的测量局域地发生在用户端，纠缠源并不掌握密钥的任何信息，即使纠缠源由不可信的他方提供，只要用户间能够检测到量子纠缠，就仍然可以产生安全的密钥。

为此，潘建伟的团队进行了试验。当“墨子号”卫星过境时，同时与相隔1120公里的新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路，以每秒2对光子的速度在两个站之间建立起了量子纠缠，进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。

这是一项开创性实验，这是构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步。基于该研究成果发展起来的高效星地链路收集技术，可以将量子卫星载荷重量由现有的几百公斤降低到几十公斤以下，同时将地面接收系统的重量由现有的10余吨大幅降低到100公斤左右，实现接收系统的小型化、可搬运，为将来卫星量子通信的规模化、商业化应用奠定坚实的基础。

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