德中联手推进量子通信新纪元，100公里与833公里的里程碑突破

德中联手推进量子通信新纪元，100公里与833公里的里程碑突破

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https://new.qq.com/rain/a/20240403A08VGS00

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德国技术大学（DTU）和中国科学技术大学近期在量子密钥分发（QKD）领域取得重大突破，为未来网络安全格局带来新的变革。

德国技术大学的研究团队通过使用连续变量量子密钥分发（CV QKD）技术，在创纪录的100公里距离上成功运行了这一技术。这一成就解决了量子通信领域在长距离上维持量子相干性的关键挑战。CV QKD技术的一个重要优势是能够与现有互联网基础设施兼容，为其在提升网络安全性方面的实际应用铺平了道路。

与此同时，中国科学技术大学郭光灿院士团队实现了833公里光纤量子密钥分发，将量子密钥分发安全传输距离世界纪录提升了200余公里。这一突破进一步推动了量子通信技术的发展。

量子密钥分发（QKD）是一种基于量子力学原理的安全通信协议，它允许两个用户通过不安全的通信信道创建并共享一个安全的密钥。这个密钥随后可以用于加密和解密信息，确保通信的机密性。其核心原理包括量子不可克隆定理和量子测量的不确定性。量子不可克隆定理指出，任何量子态都无法在不破坏原始量子态的前提下被完全复制。而量子测量的不确定性则意味着，对量子系统的测量会不可避免地扰动系统，因此任何未授权的窃听行为都会留下可检测的痕迹。

德国技术大学的研究团队通过解决三个关键因素，成功延长了量子加密密钥交换的距离。首先，利用机器学习对系统中的干扰进行早期识别，有效应对了所谓的“噪声”。此外，团队还提高了纠正传输过程中可能出现的错误的能力，这些错误可能由噪声、干扰或硬件缺陷引起。

量子密钥分发技术的商业化应用正在加速。中国电信、中国移动和中国联通等三大运营商均加大了在量子通信领域的投入，推出了一系列量子安全产品和服务。预计2025年，量子密钥分发网络将在更多城市和地区进行试点和部署。

中国电信首创一网一池一平台量子安全基础设施架构，推出了全球首个超量融合量子计算云平台，实现量子+系列产品规模商用。已建成合肥、雄安、上海等重点城市量子城域网，打造了全球首个运营商量子加密办公应用，量子密信用户规模近500万户。

中国移动在量子通信业务上也大力突破，在2024中国移动算力网络大会上，展会观众可拿起配备中国移动量子安全 SIM 卡的终端设备，体验量子密话以及量子加密即时信息的禁止录屏、截屏，阅后即焚，加密通话等功能。

中国联通积极开展量子密钥对接测试，其自建的北京－雄安量子干线已在国内首次进行DV-QKD/CV-QKD量子密钥对接测试，目前还在探索端到端量子通信混合组网。在产品层面，联通开发的量子（QKD）和传统光通信融合的传输设备，首次实现通信接入设备的量子“通密一体”方案。

随着量子密钥分发技术的不断成熟、产业链企业的积极推进以及应用场景的持续拓展，2025年，量子密钥分发网络将在更多城市和地区进行试点和部署，加速商业化落地，形成覆盖范围更广的量子保密通信网络，金融机构、政府部门等对信息安全要求极高的单位将率先应用量子通信技术。

德国技术大学副教授托比亚斯·盖林（Tobias Gehring）强调，本项目旨在利用互联网推动全球范围内的量子加密信息传播。项目的成败关键在于是否能够解决在远距离传输量子态时遇到的光子损耗和其他挑战。

通过解决三个关键因素，研究团队成功延长了量子加密密钥交换的距离。首先，利用机器学习对系统中的干扰进行早期识别，有效应对了所谓的“噪声”——这可能来源于电磁辐射等，能扭曲或破坏传输中的量子态。及早发现噪声有助于更有效地降低其影响。此外，团队还提高了纠正传输过程中可能出现的错误的能力，这些错误可能由噪声、干扰或硬件缺陷引起。

远距离连续可变量子密钥分发（CV-QKD）系统
长距离本地局部振荡器（LLO）连续可变量子密钥分发（CV-QKD）系统的DSP程序
调制方差优化（Modulation variance optimization）
长距离连续可变量子密钥分发（CV-QKD）的性能

“在后续的工作中，我们计划利用此技术在丹麦的各个部委之间建立一个安全的通信网络，以保障它们的通讯安全。我们也将尝试在哥本哈根和欧登塞之间生成密钥，以便那些在这两个城市设有分支的公司能够建立起量子安全的通讯线路。”盖林补充道。

参考链接：
[1]https://www.spacewar.com/reports/Quantum_Key_Distribution_achieves_a_new_milestone_over_100_km_999.html
[2]https://phys.org/news/2024-04-kilometers-quantum-encrypted.html
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