“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星公布洲際量子密鑰分發(fā)細(xì)節(jié)
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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì),聯(lián)合中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國家天文臺(tái)、國家空間科學(xué)中心等,與奧地利科學(xué)院Anton Zeilinger研究組合作,利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,在中國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日出版的國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上。 上海技物所是“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星有效載荷總體研制單位,為量子衛(wèi)星研制了“量子密鑰通信機(jī)”主載荷,解決了星地光路對(duì)準(zhǔn),復(fù)雜光機(jī)系統(tǒng)偏振調(diào)控,近衍射極限量子光發(fā)射等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。研究團(tuán)隊(duì)積極參與了洲際量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),2016年4月到5月攜載荷光機(jī)模擬器與中國科大共同赴奧地利進(jìn)行地面站對(duì)接,量子衛(wèi)星發(fā)射后負(fù)責(zé)載荷運(yùn)行,充分實(shí)現(xiàn)了載荷參數(shù)標(biāo)定與性能優(yōu)化,保障了洲際量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。
洲際量子保密通信網(wǎng)絡(luò)示意圖 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,中國科學(xué)院與奧地利科學(xué)院在北京簽署了“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)的開展做好了充分準(zhǔn)備?!澳犹?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)。
一次一密圖片數(shù)據(jù)加密傳輸示意圖 在實(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)行了星地量子密鑰分發(fā),通過指令控制衛(wèi)星作為中繼,建立了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800 kbits?;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了圖片加密傳輸。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分鐘的中國科學(xué)院和奧地利科學(xué)院洲際量子保密視頻會(huì)議?!澳犹?hào)”衛(wèi)星與不同國家和地區(qū)的地面站之間實(shí)現(xiàn)成功對(duì)接,表明了通過“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)星量子通信國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)奠定了基礎(chǔ)。 |
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