中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志、印娟等组成的研究团队，联合牛津大学Artur Ekert、中科院上海技术物理研究所王建宇等团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发，堵塞了过去量子卫星作为中继节点时的安全漏洞。该实验通过物理原理，确保了即使在卫星被他方控制的极端情况下依然能实现安全的量子通信，取得了量子通信现实应用的重要突破，如同给千公里级安全量子加密通讯装上“金钟罩”。

据介绍，量子通信提供了一种原理上无条件安全的通信方式，但要从实验室走向广泛应用，需要解决现实条件下的安全性和远距离传输两大挑战。在现有技术水平下，使用可信中继可以有效拓展量子通信的距离。然而，中继节点的安全仍需得到人为保障，如果卫星被他方控制，就存在信息泄露风险。自“墨子号”在2017年首次实现基于中继的千公里级量子纠缠分发后，实现无中继远距离量子密钥分发就成为国际学术界热切期盼的目标。

潘建伟及其团队联合中外相关团队，实现了地面望远镜相关接收效率的提升。“墨子号”过境时，同时与新疆乌鲁木齐南山站和青海德令哈站两个地面站建立光链路，以每秒2对的速度在地面超过1120公里的两个站之间建立量子纠缠，进而在有限码长下以每秒0.12比特的最终码速率产生密钥。在实验中，通过对地面接收光路和单光子探测器等方面进行精心设计和防护，保证了公平採样和对所有已知侧信道的免疫，所生成的密钥不依赖可信中继，并确保了现实安全性。

“从理论上讲，量子通信线路上是安全的，可是，这些中继节点的安全性，还需要得到人为的保障。”潘建伟举例说，假如人们使用量子卫星来作为中继节点，卫星就掌握着用户分发的全部密钥，一旦卫星被他方控制，仍然会有信息洩露的风险。

“我们想尝试一下，如果把‘墨子号’作为纠缠源，而不是中继点，去产生安全的密钥，那麼就有完全解决量子通信源端的不完美带来的安全问题。”潘建伟表示。

“边走边下蛋”走向应用

6月15日，潘建伟等研究团队在国际著名学术期刊《自然》杂志上在线发表了题为“基于纠缠的千公里级安全量子加密(Entanglement-based secure quantum cryptography over 1,120 kilometres)”的研究论文。

《自然》杂志审稿人称赞该工作“展示了一项开创性实验的结果”，“这是朝向构建全球化量子密钥分发网络甚至量子互联网的重要一步”，“不依赖可信中继的长距离纠缠量子密钥分发协议实验的实现是一个里程碑”。

“最初设计‘墨子号’的时候，我们也没敢想能做这个实验。目前这个成果也只是原理性的科学实验，暂时还没有实用价值。”虽然潘建伟形容自己的工作是“边走边下蛋”，但实际上，他已经在构思下一步工作了。（综合记者赵臣、中国科学报报道）