量子密匙分发系统

实现全球化量子网络奠定了技术基础 2013年05月03日 来源： 科技日报 作者： 吴长锋 最新发现与创新 科技日报合肥5月2日电（记者吴长锋）中科院量子科技先导专项协同创新团队，在国际上首次成功实现星地量子密钥分发的全方位地面验证，为未来我国通过发射量子科学实验卫星，实现基于星地量子通信的全球化量子网络，对大尺度量子理论基础检验，以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论，奠定了必要的技术基础。 相关成果5月1日发表在国际权威学术期刊《自然·光子学》上。这是该专项继去年实验实现拓扑量子纠错和百公里自由空间量子态隐形传输与纠缠分发后，取得的又一阶段性重要突破，也是量子信息与量子科技前沿协同创新中心的最新重要成果。 量子密钥分发是最先有望实用化的量子信息技术，可以带来绝对安全的信息传输方式。而实现全球化量子密钥分发网络，需要突破距离限制。目前，由于光纤损耗和探测器的不完美性等因素，以光纤为信道的量子密钥分发距离已接近极限；而由于地球曲率和远距可视等条件的限制，地面间自由空间的量子密钥分发也很难实现突破。要实现更远距离、甚至是全球任意两点的量子密钥分发，基于低轨道卫星的量子密钥分发是最具潜力和可行性的方案。但这需要克服大气层传输损耗、量子信道效率、背景噪音等问题。尤其是低轨卫星和地面站始终处于高速相对运动中，存在角速度、角加速度、随机振动等情况，如何在这些情况下建立起高效稳定的量子信道，保持信道效率及降低量子密钥误码率，成为基于低轨道卫星平台实现量子密钥分发面临的关键。 协同创新团队由中国科学技术大学潘建伟院士和同事彭承志等、中科院上海技术物理研究所王建宇、光电技术研究所黄永梅等组成。 为攻克星地量子密钥分发的上述难题，创新团队进行了多年合作攻关，自主研制了高速诱骗态量子密钥分发光源和轻便收发整机，自主发展高精度跟瞄、高精度同步和高衰减链路下的高信噪比及低误码率单光子探测等关键技术。在此基础上，利用旋转平台模拟低轨道卫星的角速度和角加速度；利用热气球来模拟随机振动和卫星姿态；利用百公里地面自由空间信道来模拟星地之间高衰减链路信道，成功地验证了星地之间安全量子信道的可行性。 《科技日报》2013-05-03（一版）

潘建伟小组建成世界上首个光量子电话网 相关论文发表于《光学快报》 [color=#DC143C](这就意味这新一代的通讯传输方式将要诞生了)[/color] 记者从中国科学技术大学获悉，日前，该校潘建伟研究小组在实用化量子通信方面取得了重大进展，在合肥建成世界上首个光量子电话网，这标志着绝对安全的量子通信由实验室走进了日常生活。 据介绍，量子通信是量子力学和经典通信的交叉学科，有着传统通信方式所不具备的绝对安全特性，在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景。从20世纪９0年代开始，海内外科学家一直致力于将量子通信理论进行实用化的研究，但因实验器件的不完美性和缺乏真正的单光子源，量子通信系统的安全通信速率随着距离增加而急剧下降，量子通信系统只能停留在实验室内，不具备应用价值。 2003年，韩国、中国、加拿大等国学者提出了诱骗态量子密码理论方案，彻底解决了真实系统和现有技术条件下，量子通信的安全速率随距离增加而严重下降的问题。2006年夏，中国潘建伟小组、美国洛斯阿拉莫斯国家实验室、欧洲慕尼黑大学－维也纳大学联合研究小组各自独立实现了诱骗态方案，同时实现了超过100公里的量子保密通信实验，其中，潘建伟小组最近完成的实验又将绝对安全通信距离延长到200公里。 此后，由中国科大潘建伟、陈增兵、彭承志等人组成的团队针对量子通信实用化展开了攻关研究，研制成功量子电话样机，并在商业光纤网络的基础上，组建了可自由扩充的光量子电话网，节点间距达到20公里，实现了“一次一密”加密方式的实时网络通话和3方对讲机功能，真正实现了“电话一拨即通、语音实时加密、安全牢不可破”的量子保密电话。该成果已于今年4月发表在国际光学领域著名期刊《光学快报》（Optics Express）上，并立即被美国《科学》杂志以“量子电话呼叫”为题进行了报道。 据悉，光量子电话网的建成，是中国科学家继自由空间量子纠缠分发、绝对安全距离大于100公里的量子保密通信之后，在实用化量子通信领域取得的又一国际领先的研究成果。

科技日报多伦多6月6日电 （记者冯卫东）加拿大物理学家们首次利用量子力学克服了测量科学中的一个重大挑战。新开发的多探测器方法可测量出纠缠态的光子，实验装置使用光纤带收集光子并将其发送到由11个探测器组成的阵列。此项研究为使用量子纠缠态开发下一代超精密测量技术铺平了道路。 研究报告主要作者之一、多伦多大学物理系量子光学研究小组博士生罗泽马·李称，新技术能利用光子以经典物理学无法达到的精度进行测量。此项研究成果在线发表在《物理评论快报》上。 现存最灵敏的测量技术，从超精确原子钟到世界上最大的望远镜，均依赖于检测波之间的干涉，这种干涉发生于两个或更多个光束在相同空间的碰撞。罗泽马及其同事使用的量子纠缠态包含N个光子，它们在干涉仪中均被保证采取同样的路径，即N个光子要么全部采取左手路径，要么全部采用右手路径。 干涉效应可用干涉仪进行测量。干涉装置的测量精度可通过发送更多的光子加以改善。当使用经典光束时，光子数目（光的强度）增加100倍，干涉仪的测量精度可提高10倍，但是，如果将光子预先设置在一个量子纠缠态，干涉仪在同等条件下的测量精度则同步增长100倍。 科学界虽已了解到测量精度可通过使用纠缠光子加以改善，但随着纠缠光子数的上升，所有的光子同时到达相同检测器的可能性微乎其微，因此该技术在实践中几无用处。罗泽马及其同事于是开发出一种使用多个探测器来测量纠缠态光子的新方法。他们设计了一种使用“光纤带”的实验装置，用以收集光子并将其发送到11个单光子探测器组成的阵列。 这使研究人员能够捕捉到几乎所有最初发送的多光子。罗泽马称，同时将单光子以及两个、三个和四个纠缠光子送入检测设备，测量精度可得到显著提高。 研究人员表示，两个光子好于一个光子，探测器阵列的效果则远远好于两个。随着技术的进步，采用高效探测器阵列和按需纠缠的光子源，此项技术可被用于以更高精度测量更多的光子。《物理评论快报》的评论指出，该项技术为提高成像和光刻系统的精度提供了一种行之有效的新途径。 总编辑圈点 光子纠缠态，早已经不再拘束于当初爱因斯坦等人提出的玄妙理论，而被应用到如量子光刻、量子图像学等技术领域。也正是这些应用，让抽象的量子力学概念能较为实在地体现在人们面前。本文中研究者以超越经典物理学的精度测量出纠缠态光子，这种高分辨率的量子态测量，不仅能带动以上应用领域的发展，亦将有助于实现相关物理参数的高精度。来源：中国科技网-科技日报 2014年06月07日