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全通型量子通信网

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全通型量子通信网是指利用量子密钥分发系统对多个通信节点进行组网,实现各节点间全互通,无中继的安全通信方式。利用各节点间产生的量子密钥可以对传统的语音、图像和数字多媒体通信数据进行加密和解密,从而实现安全的通信。

量子通信技术[编辑]

量子通信在传递信息的时候利用了量子纠缠效应。量子纠缠是指两个经过耦合的微观粒子,在一个粒子状态发生变化时,另一个会立刻发生相应的变化。这种变化是“瞬时”的,也就是說,量子糾纏的作用速度比光速還快。

量子密钥

量子密钥的分发根据所利用量子状态特性的不同,可以分为基于测量和基于纠缠态两种。

两方量子通信[编辑]

量子通信融合了现代物理学光通信技术研究的成果,由物理学基本原理来保证密钥分配过程的无条件安全性[1][2]。截止2009年,点对点的两方量子通信技术已经比较成熟, 科学家和技术人员利用光量子态已经能够实现几十公里到百公里级的两方量子密钥分发系统[3] [4][5]。 为了拓展应用,需对点对点的通信方式进行组网,满足多用户的通信需要。为了与现有通信系统兼容以及大量减少成本,量子通信网还将充分利用经典通信设施,如现有光纤网络。

量子通信网发展与应用[编辑]

世界上已有多个研究小组和机构致力于量子通信网的研发。

美国[编辑]

美国在2005年建成了DARPA量子网络[6][7]。其连接节点有3个,分别为美国BBN公司哈佛大学波士顿大学,目前延伸长度为10公里。

欧洲[编辑]

欧洲联合了来自12个欧盟国家的41个伙伴小组成立了SECOQC量子通信网络 [8] [9]。 并于2008年10月在维也纳现场演示了一个基于商业网络的安全量子通信系统。该系统集成了多种量子密码手段,包含6个节点。其组网方式为在每个节点使用多个不同类型量子密钥分发的收发系统并利用可信中继进行联网。

中国[编辑]

来自中国的中国科学技术大学潘建伟教授科研团队,在全通型量子通信网方面取得了领先地位。

  • 2004年,该团队首次实现五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输。
  • 2008年8月,该团队研制了20km级的3方量子电话网络[10][11][12]
  • 2009年该团队在合肥构建和演示了一个4节点全通型量子通信网络。[13]这个全通型量子通信网络采用星型结构,其中任意两个节点都可以互联互通、实时地产生不落地的量子密钥,进而被用来进行各种加密的数据、语音和多媒体通信等应用。此网络基于诱骗态量子通信方案,大大提高了安全通信的距离和密钥产生速率,同时保证了绝对安全性[14][15][16] 。其最近的两个通信节点超过16km。每个节点可以工作在全双工模式,即同时作为量子信号发射和接收方进行量子通信。据报道,该项技术和相关的一系列成果正在推进中国在这方面的产业化进程。[17]
  • 同年,该团队与新华社合作建设的“金融信息量子通信验证网”在北京开通,在世界上首次将量子通信技术应用于金融信息安全传输。[18]
  • 2014年11月15日,团队研发的远程量子密钥分发系统的安全距离扩展至200公里,刷新世界纪录。[19]
  • 2016年8月16日,發射全世界首顆量子科學實驗衛星,力爭2030年建成20顆通訊衛星規模的全球量子通信網。

日本[编辑]

名詞上的釐清[编辑]

在中文報導有關"量子通訊"在名稱上非常的誤導閱讀者,不知情者以為跟科幻片一樣可實現非線性兩地的直接通訊(例如地球與火星無時差通訊)。

事實上目前的"量子網路","量子衛星"等,都只是著眼於加密演算法,亂數產生金鑰(密鑰)時(雜湊值)的不可預測性,代表其加密通訊內容難以破解! 這僅是敘述其"演算法"為"量子"亂數。 而不是在敘述一個革命性,超越已知無線電或光學通訊原理的通訊方式或超光速通訊。

量子通訊衛星僅是搭載"量子亂數產生"器的通訊衛星,除了演算法之外,該衛星沒有使用革命性的硬體科技。仍為傳統的無線電或光學通訊(Laser)收發。

参考文献[编辑]

  1. ^ (英文)N. Gisin, G. Ribordy, W. Tittel, and H. Zbinden, “Quantum cryptography”, Rev. Mod. Phys. 74, 145-195 (2002).
  2. ^ (英文)V. Scarani, N. J. Cerf, M. Dusek, N. Lütkenhaus, and M. Peev, “The security of practical quantum key distribution”, Rev. Mod. Phys. 81, 1301-1350 (2009).
  3. ^ (英文)C.-Z. Peng, J. Zhang, D. Yang, W.-B. Gao, H.-X. Ma, H. Yin, H.-P. Zeng, T. Yang, X.-B. Wang, and J.-W. Pan, “Experimental Long-Distance Decoy-State Quantum Key Distribution Based on Polarization Encoding”, Phys. Rev. Lett. 98, 010505 (2007).
  4. ^ (英文)D. Rosenberg, J. W. Harrington, P. R. Rice, P. A. Hiskett, C. G. Peterson, R. J. Hughes, A. E. Lita, S. W. Nam, and J. E. Nordholt, “Long-Distance Decoy-State Quantum Key Distribution in Optical Fiber”, Phys. Rev. Lett. 98, 010503 (2007).
  5. ^ (英文)T. Schmitt-Manderbach, H. Weier, M. Fürst, R. Ursin, F. Tiefenbacher, T. Scheidl, J. Perdigues, Z. Sodnik, C. Kurtsiefer, J. G. Rarity, A. Zeilinger, and H. Weinfurter , “Experimental Demonstration of Free-Space Decoy-State Quantum Key Distribution over 144 km”, Phys. Rev. Lett. 98, 010504 (2007).
  6. ^ (英文)C. Elliott, “Building the quantum network”, New J. Phys. 4, 46 (2002).
  7. ^ (英文)C. Elliott, A. Colvin, D. Pearson, O. Pikalo, J.Schlafer, and H. Yeh, Current status of the DARPA Quantum Network, Quantum Information and Computation III, E. J. Donkor, A. R. Pirich, and H. E. Brandt, eds., Proc. SPIE 5815, 138--149 (2005).
  8. ^ SECOQC 量子通信网。[1] 于2010年4月1日查阅。
  9. ^ (英文)M. Peev et al., “The SECOQC quantum key distribution network in Vienna”, New J. Phys. 11, 075001 (2002).
  10. ^ T.-Y. Chen, H. Liang, Y. Liu, W.-Q. Cai, L. Ju, W.-Y. Liu, J. Wang, H. Yin, K. Chen, Z.-B. Chen, C.-Z. Peng, and J.-W. Pan, “Field test of a practical secure communication network with decoy-state quantum cryptography”, Opt. Exp. 17, 6540-6549 (2009). [2] 于2010年4月1日查阅
  11. ^ China creates quantum network. Physics World June 2009 p.11 (2009)
  12. ^ Quantum Phone Calls, Science 324, 568 (2009)
  13. ^ 潘建伟科研团队。[3]于2010年4月1日查阅
  14. ^ (英文)W.-Y. Hwang, “Quantum key distribution with high loss: toward global secure communication”, Phys. Rev. Lett. 91, 057901 (2003).
  15. ^ (英文)X.-B. Wang, “Beating the photon-number-splitting attack in practical quantum cryptography”, Phys. Rev. Lett. 94, 230503 (2005).
  16. ^ (英文)H.-K. Lo, X. Ma, and K. Chen, “Decoy state quantum key distribution”, Phys. Rev. Lett. 94, 230504 (2005).
  17. ^ 世界首个全通型量子通信网络落户中科大。《科技日报》,[4] 于2010年4月1日查阅
  18. ^ http://www.wkepu.com/article-5790316-1.html
  19. ^ 中国量子密钥分发安全距离创纪录 http://news.ifeng.com/a/20141117/42487480_0.shtml