八节点新型量子通信网试验成功 有望促进量子互联网的发展

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日期:2020-09-07 11:37:56    来源:科技日报    

近日,一个国际科研团队在英国布里斯托尔市成功建立一个新型量子通信试验网络,实现了8个节点的密钥集中生成和分发。这一新的网络架构价格便宜,具有可扩展性,有望促进量子互联网的发展。相关成果发表在《科学·进展》上。

数十年来,量子已被视为标准加密技术的革命性替代者。量子密钥分发(QKD)允许通信双方共享用于加密和解密信息的密钥,而没有被拦截的风险,但迄今为止,该技术仅在两个用户之间有效。如果要以这种方式链接多个通信伙伴,则每个参与者都必须彼此连接,这需要大量昂贵的硬件。建立这样的量子通信网络需要巨大成本,而且太多额外的硬件还会降低系统的安全性。

最近,来自英国、奥地利、克罗地亚和中国的科学家团队成功建立了一个集中生成和分发密钥的8节点量子通信试验网络,并通过布里斯托尔市的光纤网络测试了量子通信能力。该网络没有可信节点,共用一个偏振纠缠光子对源,并最大限度地减少了基础架构以及所需的用户硬件。此前可能需要花费数年、耗资数千万乃至数亿英镑才能建成的量子通信网络,通过采用新的解决方案,研究团队在几个月时间里,仅花费不到30万英镑(不到此前成本的百分之一),就为8个用户创建了量子通信试验网络。

这是迄今为止最大的、没有可信节点的量子网络。网络中的量子加密由中央源产生纠缠光子对,然后通过光纤将它们分别分配给网络参与者。通过所谓的多路复用技术,研究人员不必再复制整个通信系统,而是将单个系统发出的光粒子分开,从而可以被多个用户有效地接收。由于使用不同的波长,通信伙伴可以将精力集中在相关的波长上,而忽略其余的光子。其新颖的网络拓扑结构可轻松扩展到许多用户,并具有流量管理功能。

用于量子加密的新网络架构可能会成为未来量子互联网的重要组成部分。新技术还可以用于连接网络中的量子计算机,从而创建量子计算机的云。论文第一作者、布里斯托尔大学的赛达斯·乔希博士说:“多路复用的新方法与现有技术集成在一起,使量子通信网络只需要最少的硬件。这一解决方案具有可扩展性,相对便宜,而且最重要的是不可渗透。这代表了巨大的突破,将使量子互联网变得更加现实,为其更快发展和广泛推广铺平道路。”

总编辑圈点

量子具有很多神奇的特性。比如,测量会改变或破坏量子的状态。量子通信的安全性就与该特征密切相关,因为一旦有人窃听,量子信息的状态就会发生变化,从而被发送者或接收者发现,进而停止信息传送。此前的量子通信实验主要是在两个节点之间进行,上述新实验建立了8节点量子通信实验网络,而且与以往相比成本大大降低,这将有助于量子通信技术的应用和推广。(李山)

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