中国物理学家实现100公里量子加密，城市级安全通信迈出关键一步

中国科学技术大学潘建伟领导的物理学家团队在光纤电缆中实现了最远达100公里的设备无关量子密钥分发（DI-QKD），这一突破可能为无法破解的城市规模通信网络铺平道路。

该实验于2月4日发表在《科学》杂志上，与之前在实验室环境中仅能实现几米距离的技术相比，代表了超过两个数量级的飞跃。

设备无关量子密钥分发（DI-QKD）被认为是安全量子通信的黄金标准，因为它的安全性直接源于量子力学的基本定律，而不是依赖于对所使用硬件的信任。该协议通过测量纠缠粒子来生成加密密钥，其安全性由贝尔不等式的违反来保证——这是一种统计测试，能够证明任何窃听者都无法在不被发现的情况下拦截传输。

苏黎世联邦理工学院的物理学家雷纳托·伦纳曾参与2022年英国团队在约2米距离上演示DI-QKD的研究，他对《科学》杂志表示：“这项新工作是一项巨大的技术成就。这已经达到了实际可用的水平。”

中国团队在盘绕的光纤线路两端分别捕获了铷-87原子，并使用激光将其稳定。然后他们诱导原子发射单光子，从而使分离的原子产生纠缠。一种量子频率转换技术将光子的波长转换到电信波段，使其能够沿着光纤传播更远的距离并减少损耗。

根据《科学》杂志论文，研究人员在11公里距离上收集了624小时的数据，生成了120万个预报式贝尔对，并实现了针对一般攻击的估计可提取有限尺寸安全密钥率为每事件0.112比特。他们还证明，即使在完整的100公里距离上，正渐近密钥率仍然是可能的。

“经过这么多年的努力……它不再是一个理论设想了，”潘建伟告诉《科学》杂志。“我们非常高兴。”

据研究人员称，这一成果缩小了原理验证实验与大都市规模实际应用之间的差距。然而，瑞士量子网络安全公司ID Quantique的首席执行官格雷瓜尔·里博迪提醒说，设备无关量子密钥分发（DI-QKD）仍然复杂且昂贵，距离实际部署可能还需要至少十年时间。“实验室演示与产品之间存在巨大差异，”里博迪在接受《科学》杂志采访时表示。

潘建伟团队计划探索利用太空卫星进行DI-QKD的方法，这最终可能实现全球范围内的安全量子通信。