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“墨子号”圆满实现三大既定科学目标

2017-08-10 10:10 来源:科技日报

  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。

  “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。

  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。

  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”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(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。

  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。

  至此,“墨子号”三大既定科学目标圆满实现。

编辑: 罗予岐
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