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中国开建世界上最远距离光纤量子通信干线

2014-05-12 14:26
Hsiao Chen
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  5月12日消息,在两项最新进展推动下,网络安全领域应用量子物理向着实现远距离数据安全传输这一梦想更靠近了一步。

  据英国《自然》周刊4月24日一期报道,近日,中国开始建设世界上最远距离的光纤量子通信干线——连接北京和上海,光纤距离达到2000公里。另一方面,由东芝、英国电信集团、德国ADVA光网络公司以及英国国家物理实验室组成的联合研究组宣布了通过现场网络实验而得出的“令人鼓舞”的研究成果,验证了在进行经典通信的同时实现量子通信的可行性。

  数据安全依赖于密钥(由数字0和1组成的一段序列,用于对信息进行加解密)的安全性。然而传统的加密系统中,密钥在传输过程中面临着被窃听的风险。而量子通信通过一项利用光子微观特性的量子密钥分发技术“解决了现有通信系统中这一最薄弱的环节”,提供量子密码产品和服务的瑞士公司ID Quantique的共同创始人和首席执行官格列瓦·里波迪说。

  量子密钥分发利用单光子的量子状态对密钥进行编码。当存在任何窃听时,量子力学原理决定了这种行为一定会扰动光子的量子状态,从而被通信方察觉。中国上述投资约1亿美元的开创之举和上面提到的联合研究中的系统都应用了量子密钥分发技术。

  中国科学技术大学的潘建伟教授——其团队牵头实施“京沪干线”工程——介绍道:“‘京沪干线’不仅将为政府和金融机构提供最高安全等级的通信保障,也将是检验量子物理基本原理和测试、应用新技术的试验床。”

  潘建伟希望结合这个地面光纤网络和将于明年发射的量子科学实验卫星来实现广域的量子通信网络。同时,这将为诸如量子力学非定域性等量子物理基本原理的检验提供研究平台。

  中国并非唯一开展远距离实用化量子通信网络建设的国家。巴特尔纪念研究所的研究人员唐·海福德领导的团队和ID Quantique合作,已着手在该机构位于美国哥伦比亚市的总部和华盛顿地区办公室间建立长达650公里的量子通信线路。据海福德透露,他们还进一步计划,在此线路的基础上建立起连接美国主要城市、总长超过1万公里的环美国量子通信网络。

  中国和美国的这两个量子通信网络都利用暗光纤作为传送量子信号的线路。不过,来自剑桥大学东芝(欧洲)研究中心的安德鲁·席尔兹认为,暗光纤“并非随处可得,并且可能价格昂贵(因为要占用一条单独的光纤)”。这一问题自然的解决之道就是尝试在“亮光纤”——即用来进行经典通信的光纤——上传送量子信号。然而通常情况下,用以进行经典通信的光强达到每个光脉冲包含数千亿个光子,相比之下,单光子级别的量子通信信号就直接被湮没。

  席尔兹及其同事近日发表的研究则成功解决了这一问题。通过波分复用,他们在英国电信集团一条两端相距26公里的亮光纤线路中实现了稳定的量子密钥分发:在一根光纤内四通道经典通信数据的强光背景下,高速的量子密钥分发持续了数个星期。

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