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01月15日

江苏籍科学家量子通信网络研究成果产生国际影响

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原标题:江苏籍科学家量子通信网络研究成果产生国际影响

央广网南京1月15日消息(记者景明 启东台吴海燕 陈和兴)近日,《自然》杂志刊发了由江苏启东籍科学家、中国科学技术大学教授陈宇翱作为第一作者撰写的论文《跨越4600公里的天地一体化量子通信网络》。 论文介绍了中国科研团队构建的世界上首个集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路和两个星地自由空间高速QKD链路的广域量子通信网络,实现了跨越4600公里的星地一体量子密钥分发。论文正是对上述成果的系统性总结,证明了广域量子保密通信技术在实际应用中的条件已初步成熟。我国科研人员通过构建天地一体化广域量子保密通信网络的雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。 论文的第一作者,启东籍科学家陈宇翱全程参与了这条跨越4600公里的天地一体化量子通信网络的研发。 陈宇翱:“跨越4600公里”是这样,京沪干线,北京到上海直线距离就是1400公里,从济南往合肥拐了一下呢,这个光纤长度,它不是直线的,是弯弯曲扭扭的,通信长度光纤长度是2000多公里;(对接墨子号卫星)北京到乌鲁木齐是2600多公里,通过卫星来的。所以它是一个地面跨度4600公里的天地一体化量子通信网络。陈宇翱等曾撰文指出,按通信信道的不同,量子密钥分发有两种实现方式:一种是光纤,一种是自由空间。其中,光纤信道在城域、城际范围内可以方便的连接到千家万户。在超远距离等光纤资源受限的场景,则可以通过卫星中转的自由空间信道实现量子密钥的分发。而将地面光纤和自由空间结合,就可以实现大规模、全覆盖的全球化量子通信网络。我国研发的4600公里级量子通信网络链路了“天”与“地”,构建了天地一体化的广域量子通信网络。 “地面部分”是 2017 年 9 月开通的“量子京沪干线”。陈宇翱:“京沪干线2013年立项建设了三年半,2017年9月开通。2017年交给我们科学家使用之后,做了长达两年多的稳定性安全性的测试和应用研究。”京沪干线沿途设置了 32 个节点作为中继站,囊括北京、济南、合肥和上海 4 个量子城域网,集成700多条地面光纤量子密钥分发(QKD)链路,建成了这条全长2000多公里的目前世界上最长的量子安全密钥分发干线。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。 2年多时间里,陈宇翱作为国家量子保密通信京沪干线工程总师,带领科研团队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,表明其可以抵御目前所有已知的量子黑客攻击方案。 脚踩大地,仰望天空。不满足于地面2000公里地面通信传输距离,科学家们早已把目光投向了太空。陈宇翱:“墨子号更早,是2011年立项,2016年发射成功。2016年8月12日,“墨子号”量子卫星已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——国际上首次成功实现千公里级的天地双向量子通信,在南山地面站实现卫星对地面站的高速量子密钥分发。” 2017年9月29日,借助 “墨子号”卫星又成功向河北兴隆地面站分发了量子密钥,最远距离达到1200千米。自此世界首条量子保密通信“京沪干线”与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路。 在过去的1年多时间里,“墨子号”实现了在兴隆和南山两个地面站之间传输数据,两个站点相距 2600 公里,其中兴隆地面站与北京量子城域网通过光纤连接。 陈宇翱:“墨子号卫星对它(京沪干线的秘钥分发速率)进行了优化,在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。” 至此,一个实用型的大规模天地一体化量子通信网络渐成规模:量子保密通信京沪干线全长2000余公里,兴隆、南山两个地面站相距2600公里。两者相结合,实现最长达到4600公里的量子保密通信。 陈宇翱:“我们完成了大范围多用户的验证。整个两年多的时间,从技术验证、检验测试到.应用示范,甚至标准化的研究,就是来回答未来怎么用?” 这条全球首个天地一体化量子通信网络在政务、金融、电力等领域进行了实际应用示范,已服务超过 150 名行业用户。其中,量子保密通信技术已经为纪念抗战胜利70周年阅兵、十九大等国家重要会议和活动提供了信息安全保障。此外银行业监管信息报送、人民币跨境收付信息管理系统、网上银行数据异地灾备系统等都应用了量子保密通信技术。未来,量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域可进一步广泛应用。 在过去的很长一段时间里,中国在科学技术的诸多领域都是一个“追赶者”的角色。量子科学也不例外。1989年,人类历史上首个量子通信在IBM实验室诞生,传输了32厘米。可30多年后的今天,包括世界首席量子科学家潘建伟、陈宇翱等人在内的中国科学家将这个距离扩展了1400多万倍,研发了4600公里的天地一体化量子通信网络。《自然》杂志曾这样评论中国的量子科技:“在量子通信领域,中国用了不到十年的时间,由一个不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅,将领先于欧洲和北美。”跨越4600公里,全球首个天地一体化量子通信网络的简称标志着中国在世界量子研究领域从卑微的“跟跑者”跃升为豪横的“领跑者”。 陈宇翱:“说它首个是因为其他国家没有。他们没有这个技术力量建成。现在是北京到上海到乌鲁木齐,未来我们希望就是最后我们还是希望要(把量子通信网络)铺到全国所有的地方,再未来可能到全球。” 如果说80后教授陈宇翱是翱翔在量子世界里的追梦人,那启东就是陈宇翱梦想开始的地方。蜚声全国的启东中学是陈宇翱的母校。在启东中学学习期间,他在国际竞赛上以实验和总分双项第一一举成名,填补了中国学生从未在国际物理奥赛中取得实验第一的空白。2013年,凭借在光子、冷原子量子操纵和量子信息、量子模拟等领域的杰出贡献,在32岁生日那天,陈宇翱荣获2013年度“菲涅尔奖”。近年来,陈宇翱逐渐成长为中国科学技术大学微尺度国家实验室重要研究骨干、量子保密通信京沪干线工程总师。 感恩母校的栽培,陈宇翱对家乡启东有着浓厚的感情,也希望启东的学弟学妹热爱科学,好好学习。陈宇翱:“希望大家热爱科学吧,因为现在的科技创新,需要用学习来打好基础,我觉得我现在的成绩还是得益于从前在启东中学打下的基础,让大家好好学习。”

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