保密通信新突破，保密通信是什么（保密通信的信息理论）

中国科学家创造现场光纤量子通信新世界纪录，突破 500 公里，有何重大意义？

本报合肥6月24日电(记者吴兰)记者24日从中国科学技术大学获悉，潘建伟教授及其合作者成功实现500公里现场分发无中继光纤量子密钥，刷新现场光纤量子保密通信世界纪录。最近，中国科学技术大学的潘建伟教授和他的同事张强、陈与济南量子技术研究所的王、刘洋等合作。利用中科院上海微系统所由团队研制的超导探测器，基于“庆忌干线”外场光缆，他们突破了外场长距离高性能单光子干涉技术，分别实现了428km和511km两个外场的量子密钥分发，是目前无中继光纤QKD最长传输距离。相关研究成果近期分别发表在国际著名学术期刊《物理评论快报》和《自然光子学》上。量子不可克隆性原理保证了QKD的无条件安全性，而未知量子态的不可克隆性也使得QKD无法像经典光通信那样通过光放大中继传输，因此QKD在实际应用中的传输距离受到光纤损耗的限制。上述研究成果成功创造了野外光纤无中继QKD最长距离的世界新纪录，500km以上的光纤码率突破了传统无中继QKD所限定的码率极限，即超过了理想探测装置(探测器效率为100%)下无中继QKD的码率极限。据介绍，上述工作证明了TF-QKD在实际环境中的可行性，为长距离光纤量子网络的实现铺平了道路。

我国科学家创造量子直接通信最远纪录，这是一种怎样的突破？

北京量子信息科学研究所与清华大学龙桂鲁教授和陆建华教授合作，设计并实现了一种新的相位量子态和时间戳量子态混合编码的量子直接通信系统。低损耗光纤中的通信距离达到100公里，是目前世界上最长的量子直接通信距离。该指标可以实现城市间的无中继量子直接通信，支持基于安全经典中继的广域量子网络应用。量子通信以量子态为载体编码和传输信息，改变了传统保密通信的双通道结构，将噪声信道下的可靠通信发展为噪声和窃听信道下的可靠安全通信，既能感知窃听，又能防止窃听。研究表明，利用现有成熟的技术手段，在一些无法中继的场景下实现量子直接通信是可行的，比如卫星与地球之间的量子直接通信、部分城市之间的点对点量子直接通信等。可以减少中继数量，降低链路节点成本，降低通信时延，提高通信性能和用户体验。在以前的系统中，采样探测和信息传输都采用相位量子态。新系统采用相位量子态和时间戳量子态混合编码，时间戳量子态用于采样检测，大大降低了噪声的影响。但是通信仍然采用具有自补偿性能的相位量子态。因此，新系统具有很高的稳定性和极低的固有误码率(无窃听的误码率)。结合纠错能力更强的极低比特率LDBCH编码，有效提高了安全通信的容量、距离和速率。长距离量子传输、水下量子通信等多项纪录由中国保持，但这项技术仍处于早期阶段。随着时间的推移，会有越来越多的国家加入这场竞争。中国能否抓住先发优势，真正坐上量子霸主的位置，还需要继续迎接挑战！

墨子号的量子通讯有几千公里的距离，能否用电磁波作载波？

最近《墨子》又有了新的突破。潘建伟团队及合作者利用墨子在国际上首次实现了基于纠缠的量子密钥分发。这一实验结果不仅将过去地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级，而且即使在卫星被其他方通过物理原理控制的极端情况下，也能保证量子通信的安全。该成果于北京时间6月15日晚11点在线发表在国际知名学术期刊《自然》上。量子通信在原理上提供了一种无条件的安全通信方式，但要从实验室走向广泛应用，需要解决两大挑战，即现实条件下的安全问题和长距离传输问题。中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟表示，目前地面上点对点的安全传输距离只能达到100公里。潘建伟说，“经过全世界科学家的长期努力，今年最好的结果是我们中科院的团队创下了世界纪录。在实验室，点对点光纤可以用500公里。但是在现场，比如从合肥到上海，走一段物理距离就有一些其他的干扰。到目前为止，世界上地面上两点之间的距离只能是100公里。”在目前的技术水平下，利用可信中继可以有效地扩展量子通信的距离。比如世界上第一条量子保密通信的京沪干线，通过32个中继节点，贯穿2000公里的城际光纤量子通信网络。潘建伟说，通过利用“墨子号”作为中继，自由空间通道进一步扩展到7600公里的洲际距离。潘建伟表示：“借助墨子号，我们在2018年完成了北京与乌鲁木齐、北京与维也纳的洲际量子保密通信。那时候我们只有一个可信的中继，就是用卫星。先让卫星和北京生成密钥，让卫星和乌鲁木齐生成密钥，让卫星和维也纳生成密钥。但是这把钥匙是给维也纳和卫星，乌鲁木齐和卫星，北京和卫星的。只要卫星在我们的控制之下，没有人窃听，通信就是安全的。”然而，虽然可信中继将传统通信模式下的全线安全风险限制在有限数量的中继节点上

围，中继节点的安全仍然需要得到人为保障。例如，在星地量子密钥分发过程中，量子卫星作为可信中继，掌握着用户分发的全部密钥，如果卫星被他方控制，就存在信息泄漏的风险。潘建伟表示，实现远距离安全量子通信的最佳解决方案是结合量子中继和基于纠缠的量子密钥分发。潘建伟说：“在这个过程当中，你只要在张三、李四这两个地方产生纠缠，那么中间所谓量子中继都只负责纠缠的分发，它是不会掌握有密钥的信息的。在这种情况下，即使中间的这些站点都是被不可信的设备操作的话，只要最后张三和李四能够确认有纠缠的存在，那么就能够产生安全的密钥。对于量子密码界来说，能够实现基于纠缠的密钥是最终追求的目标。”基于“墨子号”量子卫星的前期实验工作和技术积累，研究团队通过对地面望远镜主光学和后光路进行升级，实现了单边双倍、双边四倍接收效率的提升。“墨子号”量子卫星过境时，同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路，以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠，进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。