中國開建世界上最遠(yuǎn)距離光纖量子通信干線

　　5月12日消息，在兩項(xiàng)最新進(jìn)展推動下，網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域應(yīng)用量子物理向著實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)安全傳輸這一夢想更靠近了一步。

　　據(jù)英國《自然》周刊4月24日一期報(bào)道，近日，中國開始建設(shè)世界上最遠(yuǎn)距離的光纖量子通信干線——連接北京和上海，光纖距離達(dá)到2000公里。另一方面，由東芝、英國電信集團(tuán)、德國ADVA光網(wǎng)絡(luò)公司以及英國國家物理實(shí)驗(yàn)室組成的聯(lián)合研究組宣布了通過現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)而得出的“令人鼓舞”的研究成果，驗(yàn)證了在進(jìn)行經(jīng)典通信的同時(shí)實(shí)現(xiàn)量子通信的可行性。

　　數(shù)據(jù)安全依賴于密鑰(由數(shù)字0和1組成的一段序列，用于對信息進(jìn)行加解密)的安全性。然而傳統(tǒng)的加密系統(tǒng)中，密鑰在傳輸過程中面臨著被竊聽的風(fēng)險(xiǎn)。而量子通信通過一項(xiàng)利用光子微觀特性的量子密鑰分發(fā)技術(shù)“解決了現(xiàn)有通信系統(tǒng)中這一最薄弱的環(huán)節(jié)”，提供量子密碼產(chǎn)品和服務(wù)的瑞士公司IDQuantique的共同創(chuàng)始人和首席執(zhí)行官格列瓦·里波迪說。

　　量子密鑰分發(fā)利用單光子的量子狀態(tài)對密鑰進(jìn)行編碼。當(dāng)存在任何竊聽時(shí)，量子力學(xué)原理決定了這種行為一定會擾動光子的量子狀態(tài)，從而被通信方察覺。中國上述投資約1億美元的開創(chuàng)之舉和上面提到的聯(lián)合研究中的系統(tǒng)都應(yīng)用了量子密鑰分發(fā)技術(shù)。

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的潘建偉教授——其團(tuán)隊(duì)牽頭實(shí)施“京滬干線”工程——介紹道：“‘京滬干線’不僅將為政府和金融機(jī)構(gòu)提供最高安全等級的通信保障，也將是檢驗(yàn)量子物理基本原理和測試、應(yīng)用新技術(shù)的試驗(yàn)床。”

　　潘建偉希望結(jié)合這個(gè)地面光纖網(wǎng)絡(luò)和將于明年發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星來實(shí)現(xiàn)廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)，這將為諸如量子力學(xué)非定域性等量子物理基本原理的檢驗(yàn)提供研究平臺。

　　中國并非唯一開展遠(yuǎn)距離實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的國家。巴特爾紀(jì)念研究所的研究人員唐·海福德領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)和IDQuantique合作，已著手在該機(jī)構(gòu)位于美國哥倫比亞市的總部和華盛頓地區(qū)辦公室間建立長達(dá)650公里的量子通信線路。據(jù)海福德透露，他們還進(jìn)一步計(jì)劃，在此線路的基礎(chǔ)上建立起連接美國主要城市、總長超過1萬公里的環(huán)美國量子通信網(wǎng)絡(luò)。

　　中國和美國的這兩個(gè)量子通信網(wǎng)絡(luò)都利用暗光纖作為傳送量子信號的線路。不過，來自劍橋大學(xué)東芝(歐洲)研究中心的安德魯·席爾茲認(rèn)為，暗光纖“并非隨處可得，并且可能價(jià)格昂貴(因?yàn)橐加靡粭l單獨(dú)的光纖)”。這一問題自然的解決之道就是嘗試在“亮光纖”——即用來進(jìn)行經(jīng)典通信的光纖——上傳送量子信號。然而通常情況下，用以進(jìn)行經(jīng)典通信的光強(qiáng)達(dá)到每個(gè)光脈沖包含數(shù)千億個(gè)光子，相比之下，單光子級別的量子通信信號就直接被湮沒。

　　席爾茲及其同事近日發(fā)表的研究則成功解決了這一問題。通過波分復(fù)用，他們在英國電信集團(tuán)一條兩端相距26公里的亮光纖線路中實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的量子密鑰分發(fā)：在一根光纖內(nèi)四通道經(jīng)典通信數(shù)據(jù)的強(qiáng)光背景下，高速的量子密鑰分發(fā)持續(xù)了數(shù)個(gè)星期。