2020 년 12 월 4 일, 중국 과학 기술 대학은 潘建伟(Pan Jianwei)가 이끄는 연구팀이 76 개의 광자 및 100 개의 모드로 구성된 양자 컴퓨팅 프로토 타입의 九章(Jiuzhang)을 구축했다고 발표했습니다.
이러한 성과를 통해 중국은 양자 컴퓨팅 연구의 첫 번째 이정표인 양자 컴퓨터의 우수성을 널리 알리게 되었습니다. 불과 한 달 후, Pan Jianwei 팀 사람들은 세계 최초의 위성-지구간의 양자 통신 네트워크 라는 새로운 돌파구도 마련했습니다.
오늘 아침 중국 과학 기술 대학교는 다음과 같은 발표했습니다.
Pan Jianwei 등은 700 개 이상의 지상파 광섬유 양자 키 분배 (QKD) 링크와 2 개의 위성-지구간 자유 공간 고속 QKD 링크를 통합하는 세계 최초의 광역 양자 통신 네트워크를 구축했습니다. 4,600km나 떨어진 위성-지구간을 하나로 묶는 광범위 통신과 대규모 다중 사용자의 양자 키 분배 기능도 실현했습니다.
지금까지 중국은 세계와 지구를 통합[Space-Earth Integration Network]하는 광역 양자 통신 네트워크의 초기 형태를 구축했습니다.
"귀를 막고 있는 사람만이 이해하지 못 한다"
2020 년 1 월 6 일, 연구팀의 논문은 국제적으로 유명한 학술지 Nature지에 4,600km (4600km에 이르는 양자 통신 네트워크)에 걸친 Anintegratedspace-to-groundquantumcommunicationnetwork라는 제목으로 게재되었습니다.
이 연구에 대해서 Nature 심사관들은 다음과 같이 말했습니다.
이것은 지구상에서 가장 크고 가장 진보 된 양자 키 분배 네트워크이며 양자 통신 분야에서 엄청난 성과이기도 합니다.
Nature지의 정보에 따르면 이 논문의 저자는 중국 과기대 물리학원의 물리학과, 허페이(HEFEI) 국립 마이크로 재료 과학 연구소, 중국 과학원 양자 정보 및 양자 기술 혁신 센터, 중국 유선TV, 지난(JINAN) 양자 기술 연구원, 중국 과학원 상하이 기술 물리학 연구소의 공간 활성 광전자 기술 핵심 연구소 등 출신의 연구원입니다 . Pan Jianwei 교수는 통신 저자 중 한 명입니다.
암호화에서 키는 비밀 정보의 암호화, 암호해독 및 완벽함 등을 검증해낼 수 있습니다. 인간이 언어를 사용한 이래로 비밀 키를 사용해서 정보를 암호화하는 기술이 지속적으로 개발되었습니다.
1984년 물리학자 Bennett와 암호 학자 Brassard는 안전한 통신 거리를 늘리고 보안을 향상시키기 위해 양자 역학의 측정 원리를 기반으로 한 세계 최초의 양자 키 분배 프로토콜 (BB84 프로토콜)을 제안했습니다. 프로토콜에 따라 제안 된 양자 키 분배 (QKD, 또는 양자 키 분배)는 두 곳에서 분리 된 사용자에게 무조건적이고 안전한 공유 키를 제공 할 수 있으며, 키의 보안에 대한 근본적인 보장을 할 수 있습니다.
1990 년대 초반에 IBM, 캐나다 몬트리올 대학교, 로스 앤젤레스 캘리포니아 대학교가 공동으로 발표 한 논문에서 양자 키 분배(QKD)를 구현하기 위한 장치 및 프로토콜을 소개했습니다.
요약하면, 이 장치와 프로토콜의 기능은 처음에는 이 둘이 서로 비밀 정보의 사용자를 공유하지 않는다. 매우 약한 편광 반사로 구성된 임의의 양자를 통해서 전송을 교환 한 다음 전송의 송수신 버전에 대해 공개적으로 논의하는 것입니다. 사람에게 도청될 가능성은 매우 적으며, 송수신 버전에서 임의의 공유 정보를 추출 할 수 있습니다.
이 전체 과정은 양자 물리학의 불확실성 원리에 근거하며 무제한 컴퓨팅 능력을 가진 제 3 자를 방어할 수 있습니다. 사실 이것은 세계 최초의 QKD 실험의 과정이며 선은 32cm에 불과합니다. 의심 할 여지없이 이것은 양자 암호화 통신의 획기적인 사건이지만 당시의 기술에 국한되어 귀를 안 여는 사람들에 대한 조롱 중 하나는 "귀를 막고 있는 사람만이 이해할 수 없다"는 것입니다.
세계 최초의 위성-지구 양자 통신 네트워크
하지만 처음에는 이해하지 못하지만 나중에는 세상을 놀라게 하는 것이 과학의 매력 중 하나입니다. 최근 몇 년 동안 양자 암호화 통신이 빠르게 발전했습니다. 중국에서는 Pan Jianwei 교수의 이름이 이 분야에 "강력하게 연결"이 되어 있습니다. 그의 팀이 만든 혁신은 다음과 같습니다.
2016 년 8 월 16 일 오전 1시 40 분, 주 취안(酒泉) 위성 발사 센터에서 창정2호(长征二号) 로켓이 세계 최초의 양자 과학 실험 위성 " 헤이즈호"를 성공적으로 발사했습니다. 그 결과 중국은 위성과 지구간의 양자 통신을 실현 한 세계 최초의 나라가 되었고, 위성과 지구를 하나로 묶는 양자 안전 통신과 과학 실험 시스템도 구축했습니다.
2017 년 9 월 29 일 중국 과학원은 세계 최초의 양자 보안 통신 간선 "북경-상하이 간선"의 공식 개통을 발표했습니다. 이후 베이징과 상하이를 연결하고 총 길이 2,000km가 넘는 지난(Jinan)과 허페이(Hefei)를 관통하는 양자 통신 백본 네트워크는 금융, 정부 업무, 국방, 국방,전자정보 등의 영역에도 대규모 응용을 추진할 것입니다.
2020 년 2 월에 발표 된 논문에 따르면 장거리 독립 레이저 위상 간섭 기술을 뚫고 실제 환경 섬유의 이중 필드 양자 키 분포를 500km 정도 실현하여 다시 한 번 양자 키 분포의 전송 거리. 부문 세계 기록을 경신했습니다.
2020 년 6 월에 발표 된 논문에 따르면 1,120km의 비중계 얽힘 양자 키 분배를 실현시켰으며 이는 천 킬로미터 수준에서 얽힘 기반의 양자 키 분포를 세계 최초로 실현한 것입니다.
중국은 이 분야에서 연구는 세계의 주목을 받고 있지만 논문에서는 다음과 같은 지적을 한다.글로벌 QKD 네트워크는 전 세계에 흩어져 있는 사용자가 사용할 수 있는 실용적이며 (이론적뿐만 아니라) 안전하고 신뢰할 수 있는 QKD 네트워크 이어야 합니다. 원칙적으로 양자 중계기는 이러한 글로벌 네트워크에 실행 가능한 솔루션을 제공할 수 있지만 현재 수준의 기술로는 이러한 네트워크를 처리하기에 충분하지 않습니다.
중국 과학 기술 대학의 소개에 의하면 통신 채널에 따라 양자 키 분배는 크게 두 가지 유형으로 나눕니다.지상 광섬유(더 안정된 채널, 환경적 요인에 덜 민감하며, 단거리에 더 적합하다.)와 여유 공간 (주로 위성으로 이동, 장거리에 적합하고 목표이동 등 광섬유 자원의 영향을 받는 상황에 적합함).
그래서 지상 광섬유와 자유공간이 결합하면 대규모로 전세계적인 양자 통신 네트워크를 실현할 수 있습니다.
연구팀은 墨子号(hei zi hao 헤이즈 하오)와 베이징-상해 간선의 결합을 하는 방식을 채택했다.700 개 이상의 지상 광섬유 양자 키 분배 링크와 2 개의 위성-지상 자유 공간 고속 QKD 링크를 통합하는 것입니다. 의심 할 여지없이 이것은 세계 최초입니다!마침내 지상을 뛰어 넘어 4600km의 위성-지구간의 광범위한 공간 안에서 많은 사용자들이 양자키 분배를 구축하게 되는 것 입니다.
【중국 과학기술 대학 제공】
이 팀은 2 년 이상의 안정성 및 안전 테스트, 표준화 연구, 정부 업무, 재무 및 전기와 같은 다양한 분야에서 응용하고 테스트를 진행했다는 것을 알 수 있습니다.
이번의 전형적인 위성 전송에서는 위성에서 지상으로의 양자 키 분배 속도는 평균 초당 47.8 킬로 비트에 도달하여 이전보다 40 배 이상 높은 것으로 나타났습니다.
또한 본 논문에서는 이 네트워크의 채널 손실이 지구의 정지 위성과 지상 사이의 채널 손실과 비슷하며, 지구의 정지 위성을 통해 더 많은 기능과 초장 양자 링크를 구축 할 수 있다고 밝혔다.
위성과 지구 통합 광역 양자 통신 네트워크가 가까이에 와 있습니다.다음 사진은 세계 최초로 양자 과학 실험 위성인 “헤이즈 호”를 만든 양자 물리학자 이고 중국 과학원의 연구원인 Pan Jianwei입니다2016 년 첫 인터뷰에서 Nature지는 그를 “ 중국 우주 양자 선구자(China'squantumspacepioneer）라고 불렀습니다.
2020 년 11 월, Tencent Science WE 컨퍼런스에서 Pan Jianwei 교수는 "새로운 양자 혁명"이라는 제목의 연설을 했습니다.
정보 상호 작용은 인간의 진화와 사회 발전과 같이 했다고 말하며 앞으로도 계속될 것이라고 합니다.
이 과정에서 두 가지가 매우 중요한 것이 있는데, 하나는 정보 교환의 효율성이고 다른 하나는 개인 정보 보호입니다. 효율적으로 정보를 안전하게 전송하는 방법에 대해 Pan Jianwei 교수의 대답은 양자 통신과 양자 컴퓨팅이라고 합니다.
그는 중국 양자 통신의 미래에 대해 이야기하면서 다음과 같이 말했습니다. 10 ~ 15 년의 노력 끝에 위성과 지구를 통합하는 광역 양자 통신 네트워크 기술 시스템을 개발할 수 있기를 희망합니다.오늘날 위성-지구 통합의 양자 통신 네트워크의 구축의 타당성은 이미 성공적으로 검증이 되었고, 중국과학팀이 달성하려는 위성과 지구의 통합 광역 세스템도 자연히 가까이 와 있습니다.
