“墨子号”抢占量子科技创新制高点

2019-11-17 投稿人 : www.shanghaishengfeng.cn 围观 : 1563 次

新华社北京8月9日电:千里纠葛,星星和地球传播秘密,无形传输“墨子”夺取量子科技创新的制高点

新华社记者董瑞峰和徐海涛

人类能创造一个牢不可破的密码吗?量子通信给出的答案是能量

将量子密钥分发给两个远程位置的用户,并使用该密钥一次严格加密一个信息。这是目前理论上不窃听和不可破译的通信模式。 日前,中国科学院收到最新消息:“墨子”卫星于一年前发射。它已经提前完成了它的科学目标。它再次在量子通信领域从理论走向实践迈出了一大步,为中国未来继续引领世界量子通信技术的发展奠定了坚实的基础。

“我们在量子通信研究领域保持领先优势,但是竞争越来越激烈 “中国科学院院长白春丽院士表示,美国发布了一项新的量子研究计划,欧盟和日本也在加紧研究。在新一轮的科研竞赛中,科研人员将本着不等待时间的精神,努力拼搏,勇攀高峰。

提前完成三大科学目标:数千英里的纠缠、星地传输和无形传输。

8月10日凌晨,中国科技大学潘建伟和彭承志团队,联合中国科学院上海技术材料研究所等单位,宣布“墨子”在世界上首次成功实现量子密钥从卫星到地面的分发和量子从地面到卫星的隐形传送。

这是中国科学家在今年6月实现1000公里长恒星的双向量子纠缠分布和量子力学的非局域性测试后,利用“墨子”取得的又两大突破。

什么是量子密钥?这从量子特性和传统信息加密技术的“瓶颈”开始。 量子作为最小且不可分割的能量单位,具有非克隆性、不确定性等特点。 利用量子制造“密钥”来传输信息,窃听不可避免地会被发现,加密的内容无法被解码。

传统的信息加密技术依赖于计算的“复杂性”。然而,随着数学和计算能力的迅速提高,甚至更复杂的加密算法也会“很快”被破解 基于“量子密钥”的量子通信原则上是一种“无条件、安全”的通信方法,也为打破信息加密的“瓶颈”提供了解决方案。

Mozi,世界上第一颗量子科学实验卫星,于去年八月升空空,它使得通过Tai 空“量子隐形传态”成为可能 实验表明,在1200公里的通信距离上,星地量子密钥的传输效率比地面光纤信道高1万亿倍。卫星每秒平均发送4000万个信号光子。单个实验可以产生300千比特(kbit)的密钥,平均比特率为每秒1.1千比特(kbps)

星星和地球之间的量子隐形传态是墨子的另一个重要科学目标 墨子穿越边境时,与海拔5100米的西藏阿里地面站建立了光学联系。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态实例,向500公里至1400公里的卫星发射纠缠光子。 实验表明,待传输的六种状态均超过经典极限,置信度大于99.7%

潘建伟院士表示,迄今为止,墨子确立的三个科学目标已经成功实现,这为中国未来继续引领世界量子通信技术的发展和空尺度间量子物理基本问题的前沿研究奠定了坚实的基础。

另一个里程碑:为全球量子安全通信网络奠定基础

如何实现安全、长距离和实用的量子通信是最大的挑战,世界各地的科学家为此奋斗了几十年

最直接的方式是光纤传输 然而,由于量子的“脆弱性”,与光纤的传输距离是有限的:通过地面光纤的量子传输损耗很大,不能像传统通信那样“信号放大”。

“穿过外层空间的光信号的损失非常小空,这可以扩大量子通信距离。 ”中国科学院上海理工大学物理研究所研究员、量子科学实验卫星工程执行副总工程师王建宇表示,同时,由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势,它们是在全球范围内实现超长距离实用量子密码术和量子隐形传态的最有前途的方式。

自本世纪初以来,这一方向已成为国际学术界激烈竞争的焦点,但也非常困难。 王建宇曾经做过一个比喻:恒星和地球之间的量子联系有多困难?这就像把硬币扔进地上一个10,000米空高的存钱罐,需要准确地扔进存钱罐狭窄的入口。

潘建伟的研究团队一直站在世界的前列 《自然》《物理学》主编卡尔齐梅利斯(Carl Ziemelis)将研究结果描述为“非常激动”:研究团队使用纠缠光子来安全传输关键的量子密钥,“这是确保通信极高保密性的关键。” 这一成就为全球量子安全通信网络的建设奠定了可靠的技术基础。 ”潘建伟表示,基于卫星和地球之间量子密钥的分发,并以卫星作为可信中继,可以实现地球上任意两点之间的密钥共享,量子密钥的分发范围可以扩大到覆盖整个世界。 卫星、地面站和城市间光纤量子通信网络的互联可以进一步建设一个世界范围的综合安全通信网络 ”潘建伟说道

量子隐形传态并非传统意义上的“瞬时传输”,但它为未来对空尺度量子通信网络的研究,以及空量子物理和量子重力实验检测等奠定了可靠的技术基础。 《《自然》》杂志的评论者评论道:“这些结果代表了对长距离量子通信的持续探索的一个重大突破。”。

卡尔齐梅利斯(Karl Ziemelis)表示,这两篇论文的发表意味着潘建伟团队已经成功完成了三个量子实验的演示,这将是世界上任何基于空的量子网络的核心组件。

国际领先地位:量子卫星的聚集效应出现

随着墨子所有科学目标的提前完成,该项目画上了圆满的句号,打开了全球量子通信的大门,空量子物理学和量子重力实验检验

潘建伟表示,他的研究团队正在与欧洲量子通信团队合作进行洲际量子密钥分发,已经成功完成了与奥地利格拉茨地面站的对接测试,正在进行量子密钥分发实验,很快将具备洲际量子安全通信的条件。 德国、意大利和其他国家的科研团队也申请加入

同时,研究团队正在努力实现量子通信与经典光通信相结合的安全信息传输。 换句话说,它是将量子安全技术与当前使用的传统通信网络无缝链接。

未来仍有许多目标:建立完整的空集成广域量子通信网络系统,形成具有国际领先地位的战略性新兴产业和下一代国家信息安全生态系统,探索广义相对论和量子引力等物理学基本原理的检验.

“墨子”取得的一系列成就赢得了巨大的国际声誉,趋同效应已经出现。 “这标志着中国在量子通信领域的研究已经达到世界总体领先地位。 ”白春丽的评价,为我国在国际上抢占量子科技创新的制高点,成为国际同行的标杆,实现“领跑者”转变

据了解,墨子量子卫星是“十二五”期间中国科学院科学试验项目空支持的四颗科学卫星之一,另外三颗卫星也已成功发射。 “吴空”暗物质粒子探测卫星、实用10返回科学实验卫星和“眼睛”硬x射线调制望远镜卫星都获得了大量科学数据,相关科学成果将陆续发布。

“通过这些项目的实施,我们将努力在我国基础科学研究领域取得更多重大突破,同时推动空间技术的发展,为我国早日建成世界科技强国做出重要而不可替代的贡献。 ”白春丽说道