来源/中国科学技术大学
讯（记者 郜阳）中国科学家利用量子保密通信“京沪干线”和“墨子号”量子科学实验卫星，成功组建了世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发链路和两条卫星对地自由空间高速量子密钥分发链路的广域量子通信网络，实现地面跨度4600公里、天地一体的大范围、多用户量子密钥分发，证明广域量子通信技术实际应用已经初步成熟，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定坚实的科学技术基础。该成果1月7日发表于国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）。
按通信信道的不同，量子密钥分发主要有光纤和自由空间两种实现方式。光纤量子密钥分发技术的信道稳定性较好，不易受温度、湿度、天气等环境因素影响，但由于光纤固有衰减特性，光纤量子密钥分发传输距离限制在百公里量级。自由空间量子密钥分发以大气层和外太空的自由空间为传输介质，光子在自由空间中具有低损耗特性，这使得基于卫星平台的千公里以上量级量子密钥分发成为可能。
量子保密通信京沪干线总长超过2000公里，覆盖四省三市共32个节点，是目前世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线，于2017年9月底正式开通。建设过程中，研究团队攻关了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控监控等系列工程化实现的关键技术。建成后，开展了长达两年多的相关技术验证和应用示范以及大量的稳定性测试、安全性测试及相关标准化研究，通过了光子数分离攻击、致盲攻击、时移攻击、波长依赖攻击和一些潜在的特洛伊木马攻击等安全性测试，结果表明：“京沪干线”可以抵御目前所有已知的量子黑客攻击方案，同时京沪干线网络的密钥分发量可以支持1.2万以上用户同时使用。
“墨子号”量子卫星于2016年8月在酒泉卫星发射中心成功发射，圆满完成了预定的全部科学目标。在该工作中，研究团队在优化地面站接收光学系统、提高QKD发射系统时钟频率并应用更高效QKD协议的基础上，最终在南山地面站实现了卫星对地面站的高速量子密钥分发，生成速率比之前的工作高出约40倍。研究团队还成功地将卫星与地面的安全成码距离从1200公里拓展到2000公里，相应的地面站俯仰角跨度可达170°（几乎可覆盖整个天空）。
目前该天地一体化量子通信网络已经接入包括金融、电力、政务等150多家行业用户。2019年初，国家电网有限公司基于该网络，建立了跨越2600公里、从北京总公司至国网新疆电力有限公司的量子密钥分发信道，实现了电力通信数据加密传输，首次从工程上检验了星地量子通信开展实际业务的可行性。
这一成果由中国科学技术大学潘建伟及其同事陈宇翱、彭承志与中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究团队、济南量子技术研究院研究人员及中国有线电视网络有限公司合作完成。