八節(jié)點(diǎn)新型量子通信網(wǎng)試驗(yàn)成功將大幅提高建設(shè)效率

來源：科技日?qǐng)?bào)

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2020-09-07 05:05:09

八節(jié)點(diǎn)新型量子通信網(wǎng)試驗(yàn)成功

大大提高建設(shè)效率降低成本

科技日?qǐng)?bào)柏林9月6日電（記者李山）近日，一個(gè)國際科研團(tuán)隊(duì)在英國布里斯托爾市成功建立一個(gè)新型量子通信試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了8個(gè)節(jié)點(diǎn)的密鑰集中生成和分發(fā)。這一新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)價(jià)格便宜，具有可擴(kuò)展性，有望促進(jìn)量子互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。相關(guān)成果發(fā)表在《科學(xué)·進(jìn)展》上。

數(shù)十年來，量子已被視為標(biāo)準(zhǔn)加密技術(shù)的革命性替代者。量子密鑰分發(fā)（QKD）允許通信雙方共享用于加密和解密信息的密鑰，而沒有被攔截的風(fēng)險(xiǎn)，但迄今為止，該技術(shù)僅在兩個(gè)用戶之間有效。如果要以這種方式鏈接多個(gè)通信伙伴，則每個(gè)參與者都必須彼此連接，這需要大量昂貴的硬件。建立這樣的量子通信網(wǎng)絡(luò)需要巨大成本，而且太多額外的硬件還會(huì)降低系統(tǒng)的安全性。

最近，來自英國、奧地利、克羅地亞和中國的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)成功建立了一個(gè)集中生成和分發(fā)密鑰的8節(jié)點(diǎn)量子通信試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，并通過布里斯托爾市的光纖網(wǎng)絡(luò)測(cè)試了量子通信能力。該網(wǎng)絡(luò)沒有可信節(jié)點(diǎn)，共用一個(gè)偏振糾纏光子對(duì)源，并最大限度地減少了基礎(chǔ)架構(gòu)以及所需的用戶硬件。此前可能需要花費(fèi)數(shù)年、耗資數(shù)千萬乃至數(shù)億英鎊才能建成的量子通信網(wǎng)絡(luò)，通過采用新的解決方案，研究團(tuán)隊(duì)在幾個(gè)月時(shí)間里，僅花費(fèi)不到30萬英鎊（不到此前成本的百分之一），就為8個(gè)用戶創(chuàng)建了量子通信試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。

這是迄今為止最大的、沒有可信節(jié)點(diǎn)的量子網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的量子加密由中央源產(chǎn)生糾纏光子對(duì)，然后通過光纖將它們分別分配給網(wǎng)絡(luò)參與者。通過所謂的多路復(fù)用技術(shù)，研究人員不必再復(fù)制整個(gè)通信系統(tǒng)，而是將單個(gè)系統(tǒng)發(fā)出的光粒子分開，從而可以被多個(gè)用戶有效地接收。由于使用不同的波長，通信伙伴可以將精力集中在相關(guān)的波長上，而忽略其余的光子。其新穎的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可輕松擴(kuò)展到許多用戶，并具有流量管理功能。

用于量子加密的新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可能會(huì)成為未來量子互聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分。新技術(shù)還可以用于連接網(wǎng)絡(luò)中的量子計(jì)算機(jī)，從而創(chuàng)建量子計(jì)算機(jī)的云。論文第一作者、布里斯托爾大學(xué)的賽達(dá)斯·喬希博士說：“多路復(fù)用的新方法與現(xiàn)有技術(shù)集成在一起，使量子通信網(wǎng)絡(luò)只需要最少的硬件。這一解決方案具有可擴(kuò)展性，相對(duì)便宜，而且最重要的是不可滲透。這代表了巨大的突破，將使量子互聯(lián)網(wǎng)變得更加現(xiàn)實(shí)，為其更快發(fā)展和廣泛推廣鋪平道路。”

總編輯圈點(diǎn)

量子具有很多神奇的特性。比如，測(cè)量會(huì)改變或破壞量子的狀態(tài)。量子通信的安全性就與該特征密切相關(guān)，因?yàn)橐坏┯腥烁`聽，量子信息的狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而被發(fā)送者或接收者發(fā)現(xiàn)，進(jìn)而停止信息傳送。此前的量子通信實(shí)驗(yàn)主要是在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行，上述新實(shí)驗(yàn)建立了8節(jié)點(diǎn)量子通信實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，而且與以往相比成本大大降低，這將有助于量子通信技術(shù)的應(yīng)用和推廣。