引领世界量子通信发展:墨子号量子卫星实现全部三大科学目标-千龙网·中国首都网

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记者从中科院获悉,我国科学家利用“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。两项成果于北京时间10日凌晨同时在线发表在《自然》上。至此,“墨子号”圆满实现全部三大既定科学目标。

澳门新葡亰平台网址大全,地时间2019年2月14日,在华盛顿举行的美国科学促进会(AAAS)第185届年会上,潘建伟教授领衔的“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被正式授予2018年度克利夫兰奖。图为AAAS网站公布消息。(拖拽/保存图片可查看大图)

“墨子号”是去年8月16日升空、今年1月18日正式交付开展科学实验的。它的第一个科学目标——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已经实现,成果于6月16日在《科学》上发表。现在“墨子号”的另两个科学目标再次实现,中科院院长白春礼指出,这标志着我国在量子通信领域的研究在国际上全面领先。

(科技日报3月4日报道)近日,美国科学促进会(AAAS)宣布,“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖,以表彰该团队通过实现千公里级星地双向量子纠缠分发,为推动大尺度量子通信实验研究做出的卓越贡献。这是该奖设立九十余年来,中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。而几个月前,2018年12月17日,“墨子号”量子科学实验卫星完成的洲际量子密钥分发研究成果,还被列入美国物理学会2018年度国际物理学领域的十项重大进展。

当今国际量子通信的研究内容之一便是量子密钥分发。量子科学实验卫星首席科学家、中国科大教授潘建伟说,传统的基于计算复杂性的加密技术,在原理上都存在着被破译的可能。而量子密钥分发则是通过量子态的传输,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。

■圆满实现三大科学目标

量子通信的另一重要内容是量子隐形传态。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,而不用传送物质本身。

“‘墨子号’量子卫星圆满实现预定的全部三大科学目标,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。”中国科学技术大学潘建伟教授告诉科技日报记者。

“墨子号”的科学目标之一是星地高速量子密钥的分发。据潘建伟介绍,量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号、地面接收的方式。“墨子号”过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,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。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。

由于量子不可克隆原理,量子通信的信号不能像经典通信那样被放大,又由于光纤信道的固有衰减,量子通信的距离受到很大限制。利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点,通过卫星辅助可以大大扩展量子通信距离。潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究。“墨子号”量子科学实验卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心成功发射,2017年1月18日正式开展科学实验。

地星量子隐形传态是“墨子号”的另一科学目标。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”过境时,与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,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。