【合肥晚报】“墨子号”提前实现既定三大目标 2017-08-12

标志着我国在世界量子通信技术方面处于领先位置 

 

8月10日,记者从中科大获悉,“墨子号”量子科学实验卫星在国际上,首次成功实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态,至此圆满实现预先设定的全部三大科学目标。尤其是地星量子隐形传态的实现,让“时空穿越”在量子世界中不再是梦想。

  

 从2016年8月16日成功发射,“墨子号”用1年时间提前实现了既定2年完成的科学目标。此次目标的实现,标志着我国在量子通信领域的研究在国际上达到全面领先的优势地位。

  

 【重磅消息】“墨子号”实现三大既定科学目标
  

“墨子号”是由我国自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星,自发射升空以来,受到国内外高度关注。


   其三大科学任务分别是:高速星地量子密钥分发;星地量子纠缠分发,实现大尺度量子非定域性检验;地星量子隐形传态。

   中科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队,联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、南京天文仪器有限公司、国家空间科学中心等,在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下,利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态。


   此两项成果于8月10日同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。这是继先前在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验的研究成果发表在《科学》杂志之后,我国科学家利用“墨子号”量子卫星实现的空间量子物理研究另外两项重大突破。至此,“墨子号”量子卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标。

   【两大实验】量子密钥分发 构建不可窃听和破译的通信方式


   什么是量子密钥分发?此次成功实现目标有何意义?
   记者从中科大获悉,通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求。然而,随着数学和计算能力的不断提升,经典密码被破译的可能性与日俱增。

   与经典通信不同,量子密钥分发通过量子态的传输,在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥,利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密,这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。


   作为“墨子号”的一大科学任务,量子密钥分发采用卫星发射量子信号,地面接收的方式开展量子密钥分发实验。


   “墨子号”量子卫星过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上,星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子,一次过轨对接实验可生成300kbit的安全密钥,平均成码率可达1.1kbps。


   这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。以星地量子密钥分发为基础,将卫星作为可信中继,可以实现地球上任意两点的密钥共享,将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球。此外,将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网(如合肥量子通信网、济南量子通信网、京沪干线)互联,可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络。
  

【靠近梦想】
   在量子世界中“时空穿越”不再是梦想


   时空穿越一直是人类的梦想。在量子世界中,这种时空穿越的现象却真的存在。
   地星量子隐形传态是“墨子号”量子卫星的科学目标之一。它利用量子纠缠可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点。


   既然天地之间有了隐形传态,那么,可不可以将人体传送到天上去?答案是,不能。
   “量子隐形传态传送的是‘态’,而非实物。”中科大相关负责人解释,地星量子隐形传态,并不是传送物质本身。


   据介绍,量子隐形传态采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式 “墨子号”量子卫星过境时,与海拔5100m的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例,地面向卫星发射纠缠光子,实验通信距离从500公里到1400公里,所有6个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限。假设在同样长度的光纤中重复这一工作,需要3800亿年(宇宙年龄的20倍)才能观测到1个事例。


   这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究,以及空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础。


   【实验意义】奠定了我国 在世界量子通信技术方面领先位置

   此次“墨子号”发布的两大任务——量子密钥分发和量子隐形传态,是一个很棒的互补。量子密钥分发实现的是经典信息的安全传输(通过下行链路(从卫星到地面)完成),而量子隐形传态实现的是量子信息的可靠传送(通过上行链路(从地面到卫星)完成)。


   中科大方面介绍,这两项工作第一次在空间和地面之间进行双向量子连接。至此,“墨子号”量子卫星全部三大既定科学目标的成功实现,为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

   合肥晚报记者 蒋瑜香2017年8月11日

 
http://epaper.hf365.com/hfwb/html/2017-08/11/content_323274.htm


     
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