“墨子號”量子衛(wèi)星公布洲際量子密鑰分發(fā)細節(jié)
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中國科學技術大學潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊,聯合中國科學院上海技術物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術研究所、國家天文臺、國家空間科學中心等,與奧地利科學院Anton Zeilinger研究組合作,利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星,在中國和奧地利之間首次實現距離達7600公里的洲際量子密鑰分發(fā),并利用共享密鑰實現加密數據傳輸和視頻通信。該成果標志著“墨子號”已具備實現洲際量子保密通信的能力,為未來構建全球化量子通信網絡奠定了堅實基礎。相關成果以封面論文的形式發(fā)表在1月19日出版的國際權威學術期刊《物理評論快報》上。 上海技物所是“墨子號”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”主載荷,解決了星地光路對準,復雜光機系統(tǒng)偏振調控,近衍射極限量子光發(fā)射等多項關鍵技術。研究團隊積極參與了洲際量子密鑰分發(fā)實驗,2016年4月到5月攜載荷光機模擬器與中國科大共同赴奧地利進行地面站對接,量子衛(wèi)星發(fā)射后負責載荷運行,充分實現了載荷參數標定與性能優(yōu)化,保障了洲際量子密鑰分發(fā)實驗的順利進行。
洲際量子保密通信網絡示意圖 基于衛(wèi)星平臺的量子通信是構建覆蓋全球量子通信網絡最為可行的手段。2011年底,中國科學院與奧地利科學院在北京簽署了“洲際量子通信”合作協(xié)議,計劃利用“墨子號”量子衛(wèi)星在中國和奧地利之間實現洲際量子密鑰分發(fā)。此后,中奧聯合團隊在奧方地面站的技術指標、接口要求、方案設計、光學測試等方面開展密切合作。2016年4月到5月,中方團隊攜帶衛(wèi)星有效載荷模擬器赴奧地利格拉茨地面站,進行聯調聯試工作,為實驗的開展做好了充分準備?!澳犹枴绷孔有l(wèi)星完成既定科學目標后,中奧聯合團隊隨即開展洲際量子密鑰分發(fā)實驗。
一次一密圖片數據加密傳輸示意圖 在實驗中,“墨子號”分別與河北興隆、奧地利格拉茨地面站進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,實驗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,中奧聯合團隊在北京到維也納之間演示了圖片加密傳輸。結合高級加密標準AES-128協(xié)議,每秒更新一次種子密鑰,中奧聯合團隊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分鐘的中國科學院和奧地利科學院洲際量子保密視頻會議?!澳犹枴毙l(wèi)星與不同國家和地區(qū)的地面站之間實現成功對接,表明了通過“墨子號”衛(wèi)星與全球范圍任意地點進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標準奠定了基礎。 |