“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)洲際量子密鑰分發(fā)
日期:2018-01-22
| 來(lái)源:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)【字號(hào):大 中 小】
中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì),聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、中科院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、中科院光電技術(shù)研究所、中科院國(guó)家天文臺(tái)、中科院國(guó)家空間科學(xué)中心等,以及奧地利科學(xué)院Anton Zeilinger研究組,利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,在中國(guó)和奧地利之間首次實(shí)現(xiàn)距離達(dá)7600公里的洲際量子密鑰分發(fā),并利用共享密鑰實(shí)現(xiàn)加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信。該成果標(biāo)志著“墨子號(hào)”已具備實(shí)現(xiàn)洲際量子保密通信的能力,為未來(lái)構(gòu)建全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)成果以封面論文的形式發(fā)表在1月19日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上。
基于衛(wèi)星平臺(tái)的量子通信是構(gòu)建覆蓋全球量子通信網(wǎng)絡(luò)最為可行的手段。2011年底,中國(guó)科學(xué)院與奧地利科學(xué)院在北京簽署“洲際量子通信”合作協(xié)議,計(jì)劃利用“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星在中國(guó)和奧地利之間實(shí)現(xiàn)洲際量子密鑰分發(fā)。此后,中奧聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在奧方地面站的技術(shù)指標(biāo)、接口要求、方案設(shè)計(jì)、光學(xué)測(cè)試等方面開展密切合作。2016年4月到5月,中方團(tuán)隊(duì)攜帶衛(wèi)星有效載荷模擬器赴奧地利格拉茨地面站,進(jìn)行聯(lián)調(diào)聯(lián)試工作,為實(shí)驗(yàn)的開展做好充分準(zhǔn)備。“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星完成既定科學(xué)目標(biāo)后,中奧聯(lián)合團(tuán)隊(duì)隨即開展洲際量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)中,“墨子號(hào)”分別與河北興隆、奧地利格拉茨地面站進(jìn)行星地量子密鑰分發(fā),通過(guò)指令控制衛(wèi)星作為中繼,建立興隆地面站與格拉茨地面站之間的共享密鑰,實(shí)驗(yàn)中獲取共享密鑰量約800kbits?;诠蚕砻荑€,采用一次一密的加密方式,中奧聯(lián)合團(tuán)隊(duì)在北京到維也納之間演示圖片加密傳輸。結(jié)合高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES-128協(xié)議,每秒更新一次種子密鑰,中奧聯(lián)合團(tuán)隊(duì)建立了一套北京到維也納的加密視頻通信系統(tǒng),并利用該系統(tǒng)成功舉行了75分鐘的中國(guó)科學(xué)院和奧地利科學(xué)院洲際量子保密視頻會(huì)議。“墨子號(hào)”衛(wèi)星與不同國(guó)家和地區(qū)的地面站之間實(shí)現(xiàn)成功對(duì)接,表明了通過(guò)“墨子號(hào)”衛(wèi)星與全球范圍任意地點(diǎn)進(jìn)行量子通信的可行性與普適性,并為形成衛(wèi)星量子通信國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)?! ?/div>
審稿人稱贊洲際量子保密通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)是“重大技術(shù)成果”,“任何不用衛(wèi)星的方法(如正在發(fā)展的量子中繼器)可能至少需要10年的時(shí)間才能接近這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果”。該成果被選為《物理評(píng)論快報(bào)》編輯推薦,并被美國(guó)物理學(xué)會(huì)下屬《物理》雜志以“焦點(diǎn)故事”進(jìn)行報(bào)道。此外,美國(guó)物理學(xué)會(huì)專門為該成果向全世界新聞媒體發(fā)布了題為《“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星使洲際量子通信成為現(xiàn)實(shí)》的新聞稿。
研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持。

圖1.洲際量子保密通信網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖2.一次一密圖片數(shù)據(jù)加密傳輸示意圖