中国科大：“墨子号”让洲际通信“天机不可泄漏”

近日，中国科学技术大学再次公布了首次洲际量子通信的更多技术细节。通过“墨子号"的中继，相距7600公里的中国和奥地利完成量子保密通信。该成果标志着“墨子号"已具备实现洲际量子保密通信的能力，为未来构建全球化量子通信网络奠定了坚实基础。

一次一密图片数据加密传输示意图

2016年8月，世界首颗量子通信实验卫星“墨子号"被送上500公里高的近地轨道。2017年，潘建伟团队宣布“墨子号"在一年时间内圆满完成三大科学目标：在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验、星地高速量子密钥的分发和地星量子隐形传态。

洲际量子保密通信网络示意图

基于卫星平台的量子通信是构建覆盖全球量子通信网络最为可行的手段。2011年底，中国科学院与奥地利科学院在北京签署了“洲际量子通信"合作协议，计划利用“墨子号"量子卫星在中国和奥地利之间实现洲际量子密钥分发。此后，中奥联合团队在奥方地面站的技术指标、接口要求、方案设计、光学测试等方面开展密切合作。2016年4月到5月，中方团队携带卫星有效载荷模拟器赴奥地利格拉茨地面站，进行联调联试工作，为实验的开展做好了充分准备。2016年8月“墨子号"上天后，与“墨子号"进行合作实验的5个国内地面站也相继落成，分别位于河北兴隆、新疆南山、青海德令哈、云南丽江和西藏阿里。“墨子号"量子卫星完成既定科学目标后，中奥联合团队随即开展洲际量子密钥分发实验。

此次，中国科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队联合相关机构，与奥地利科学院Anton Zeilinger研究组合作，利用“墨子号"量子科学实验卫星，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。

在这次实验中，“墨子号"分别与河北兴隆、奥地利格拉茨地面站进行了星地量子密钥分发，通过指令控制卫星作为中继，建立了兴隆地面站与格拉茨地面站之间的共享密钥，实验中获取共享密钥量约800kbits。基于共享密钥，采用一次一密的加密方式，中奥联合团队在北京到维也纳之间演示了图片加密传输。北京向维也纳发送了“墨子"的照片，维也纳向北京发送了薛定谔的照片，并使用一段量子密钥进行一次性加密。

结合高级加密标准AES-128协议，每秒更新一次种子密钥，中奥联合团队建立了一套北京到维也纳的加密视频通信系统，并利用该系统成功举行了75分钟的中国科学院和奥地利科学院洲际量子保密视频会议。

“墨子号"卫星与不同国家和地区的地面站之间实现成功对接，表明了通过“墨子号"卫星与全球范围任意地点进行量子通信的可行性与普适性，并为形成卫星量子通信国际技术标准奠定了基础。记者 陈牧

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