千里纠缠、星地传密、隐形传态——继“墨子号”量子卫星发射以来,不到一年的时间里,设定的三大科学目标,全部圆满完成。
 
  8月10日,记者从中国科大了解到,该校潘建伟教授及彭承志等组成的科学团队,联合中科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。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。
 
  三大科学任务之“星地传密”帮你实现不可破译的密码

  完成情况:已完成

  完成时间:2017年8月
 
  有不可破译的密码吗?量子通信给出的答案是“能”。
 
  传统加密技术是基于计算的复杂性,在原理上就存在被破译的可能性。
 
  量子密钥分发则不同,它通过量子态的传输,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。
 
  在地面上的量子密钥分发,科学家们早已实现。而这一次,潘建伟团队将量子密钥分发的平台设置在“星地之间”。
 
  “量子通信通常采用单光子作为物理载体,最直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。但是,这两种信道的损耗都会随着距离的增加而指数增加。”
 
  潘建伟团队相关人士告诉记者,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,这使得之前量子通信的世界纪录为百公里量级。
 
  而有了量子卫星之后,外太空几乎真空的条件,可以让光信号损耗变得非常小,且可以覆盖整个地球。
 
  “墨子号”量子卫星发射成功后,设定了三大科学目标,星地高速量子密钥分发是其中之一。
 
  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。
 
  三大科学任务之“隐形传态”在天地间建立了一个“传送门”

  完成情况:已完成

  完成时间:2017年8月
 
  在科幻电影中,“传送门”构想非常引人注意——人或者物体在一个地方消失,然后瞬间出现在另一个遥远的地方。
 
  量子隐形传态,让“传送门”变得现实起来,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。
 
  2003年,潘建伟团队首次实验了水平距离13公里的自由空间双向量子纠缠分发,为隐形传态打下了基础。
 
  接下来,量子纠缠分发的距离越来越远,直至百公里级别。这也是囿于地面条件限制,科学家所能达到的最远距离。
 
  2016年,实现地星量子隐形传态成为“墨子号”量子卫星的科学目标之一。
 
  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5100米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。

  三大科学任务之“千里纠缠”世界首次实现千公里量级试验

  完成情况:已完成

  完成时间:2017年6月
 
  三大科学任务的另一项“千里纠缠”,完成时间最早。
 
  6月16日,世界顶级学术杂志《科学》封面文章就刊发了中国科大教授、量子卫星项目首席科学家潘建伟等人的研究成果:在国际上率先实现千公里级的量子纠缠分发。
 
  星地建立双向量子信道,每对处于纠缠状态的光子中的一个发向青海德令哈站,另一个发向云南丽江站,两个地面站之间的距离达到1203公里。这是世界上首次实现千公里量级的量子纠缠。
责任编辑: 一米阳光