@ 2018.12.25 , 10:00

覆盖全球的量子通信网络是有可能的

覆盖全球的量子通信网络是有可能的
Credit: 123RF

传说中的量子网络可以提供一个超安全的通信环境,但现在的问题是,部署覆盖全球的量子网络在技术上是否真的可行?

在一项最新的实验里,科学家在轨道卫星和地面基站之间进行了量子通信,结果十分令人安心。

科学家团队利用红外光脉冲在俄罗斯GLONASS卫星和隶属意大利航天局的太空大地测量中心之间交换了几个被处理过的光子。

这些信号行进了大约20000公里的路程,跨越大气和空间而没有受到任何干扰导致数据丢失——这绝非易事,因此实际演示表明,这样一个全球网络确实可以正常运行。

“使用量子信息协议作为量子密钥分配(QKD)的方式,在卫星对地和卫星对卫星的光信号链接方式中,空间量子通信(QC)代表了一种可以无条件保证安全的、前景极其光明的新技术方案。”其中一位研究人员、来自意大利帕多瓦大学的Giuseppe Vallone解释说。

Vallone提到的量子密钥分配或QKD方法是指借助量子力学的强大特性来加密的数据:由于量子的奇妙特性,可以快速检测到任何干扰、使得QKD通信无法被拦截。

事实上,任何试图截获量子力学信息的行为都会导致信息自毁。

到目前为止,理论上的设计都很完美,但保持长距离的量子安全信道已经被证明是相当棘手的技术难题。

实验里成功完成数据交换的关键步骤是,使用安装在卫星上的无源逆反射器来保持远距离光信号的完整性,打破了之前远程量子通信距离的15000公里记录。

虽然很难直接稳定地与轨道卫星(如GLONASS卫星)建立长时间通信,但通过它们与地面基站更频繁地交互,有可能实现覆盖全球的无法被破解的量子网络。

我们人类才刚刚开始涉足这一技术领域,尤其现在,科学家们仍然处于试图搞清量子通信是否真能够正常工作的阶段,所以目前还无法给出量子网络的清晰定义,当然也无法描述技术上的细节。

按照朴素直观的想法,它应该是现有互联网的高科技升级版,是少量应用程序和设备的专属网络。

我们现在所知道的是,地面和高轨道卫星之间的量子通信是完全可能的,从而扩展了新技术的潜在影响范围。

这一点非常重要,因为我们十分依赖现有的卫星网络。

“基于卫星的技术在民用、科学和军事中应用广泛,如通信、导航和定时、遥感、气象、侦察、搜索和救援、太空探索和天文学。”Vallone说,“这些系统的核心就是如何将轨道卫星的信息和数据安全地传输到地面站。因此,保护这些信道免受黑客的攻击就显得至关重要。”

该研究发表在《量子科学与技术》。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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