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  据****音讯 日前,中国科学院在京举行新闻发布会对外宣告,“墨子号”量子科学试验卫星提早并满意完结悉数三大既定科学方针,为我国在未来持续引领世界量子通讯技能发展和空间标准量子物理根本问题查验前沿研讨奠定了坚实的科学与技能根底。

  中国科学技能大学潘建伟教授及其搭档彭承志等组成的研讨团队,联合中国科学院上海技能物理研讨所王建宇研讨组、细小卫星立异研讨院、光电技能研讨所、国家地理台、紫金山地理台、南京地理仪器有限公司、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,使用“墨子号”量子科学试验卫星,在世界上初次成功完结了从卫星到地上的量子密钥分发和从地上到卫星的量子隐形传态。两项效果于8月10日一起在线宣布在世界威望学术期刊《天然》杂志上。这是继从前在世界上首先完结千公里级星地双向量子羁绊分发和量子力学非定域性查验的研讨效果宣布在《科学》杂志之后,我国科学家使用“墨子号”量子卫星完结的空间量子物理研讨别的两项重大打破。

  中国科学院院长、党组书记白春礼表明,“墨子号”敞开了全球化量子通讯、空间量子物理学和量子引力试验查验的大门,为我国在世界上抢占了量子科技立异制高点,成为世界同行的标杆,完结了“领跑者”的改动。

  量子保密通讯是现在人类仅有已知的不行偷听、不行破译的无条件安全的通讯方法

  通讯安满是国家信息安全和人类经济社会生活的根本需求。千百年来,人们关于通讯安全的寻求从未中止。可是,依据核算复杂性的传统加密技能,在原理上存在着被破译的可能性。跟着数学和核算才干的不断进步,经典暗码被破译的可能性日积月累。

  潘建伟说:“通过量子通讯能够处理这个问题。也就是说,把量子物理与信息技能相结合,使用量子调控技能,用一种革命性的方法对信息进行编码、存储、传输和操作,从而在保证信息安全、进步运算速度、进步丈量精度等方面打破经典信息技能的瓶颈。”

  一般以为,量子通讯首要研讨内容包含量子密钥分发(量子保密通讯)和量子隐形传态。

  量子密钥分发通过量子态的传输,在悠远两地的用户同享无条件安全的密钥,使用该密钥对信息进行一次一密的严厉加密,这是现在人类仅有已知的不行偷听、不行破译的无条件安全的通讯方法。

  “浅显来讲,量子密钥分发,就比如一个人想要传递隐秘给别的一个人,需求把寄存隐秘的箱子和一把钥匙传给接纳方。接纳方只有用这把钥匙翻开箱子,才干取到隐秘。没有这把钥匙,他人无法翻开箱子,并且一旦这把钥匙被他人动过,传送者会马上发现,原有的钥匙报废,再给一把新的钥匙,直到保证接纳方自己拿到。”潘建伟说。

  那么,为什么钥匙被他人一碰,就能马上被知晓呢?

  因为,科学家使用量子有多个叠加态的原理,用量子作为密钥。这样一来,一旦有人企图截获或测验量子密钥,就会改动量子状况,科学家便能马上从改动中发现有人动了钥匙。所以,使用量子不行克隆和不行分割的特性,就能完结无条件安全的通讯方法。

  量子通讯的另一重要内容量子隐形传态,是使用量子羁绊特性能够将物质的不知道量子态准确传送到悠远地址,而不必传送物质自身,通过隐形传输完结信息传递。远间隔量子隐形传态是完结分布式量子信息处理网络的根本单元。

  外太空光信号损耗十分小,因而通过卫星的辅佐能够大大扩展量子通讯间隔

  量子通讯一般选用单光子作为物理载体,最为直接的方法是通过光纤或许近地上自由空间信道传输。可是,这两种信道的损耗都跟着间隔的添加而指数添加。因为量子不行克隆原理,量子通讯的信号不能像经典通讯那样被扩大,这使得之前量子通讯的世界纪录为百公里量级。依据数据测算,通过1200公里的光纤,即便有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器,也需求数百万年才干树立一个比特的密钥。因而,怎么完结安全、长间隔、可实用化的量子通讯是该范畴的最大挑战和世界学术界几十年来斗争的一起方针。

  中国科学院上海技能物理研讨所研讨员,量子科学试验卫星工程常务副总师、卫星体系总指挥王建宇说:“使用外太空简直真空因而光信号损耗十分小的特色,通过卫星的辅佐能够大大扩展量子通讯间隔。一起,因为卫星具有便利掩盖整个地球的共同优势,是在全球标准上完结超远间隔实用化量子暗码和量子隐形传态最有期望的途径。”

  从***初以来,该方向已成为世界学术界剧烈比赛的焦点。潘建伟团队为完结星地量子通讯展开了一系列前驱性的试验研讨。

  2003年,潘建伟团队提出了使用卫星完结星地间量子通讯、构建掩盖全球量子保密通讯网的计划,随后于2004年在世界上初次完结了水平间隔13公里(大于大气层笔直厚度)的自由空间双向量子羁绊分发,验证了穿过大气层进行量子通讯的可行性。2011年末,中科院战略性先导科技专项“量子科学试验卫星”正式立项。2012年,潘建伟领衔的中科院联合研讨团队在青海湖完结了首个百公里的双向量子羁绊分发和量子隐形传态,充沛验证了使用卫星完结量子通讯的可行性。2013年,中科院联合研讨团队在青海湖完结了模仿星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发试验,全方位验证了卫星到地上的量子密钥分发的可行性。随后,该团队通过艰苦攻关,战胜种种困难,终究成功研发了“墨子号”量子科学试验卫星。“墨子号”卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空,通过4个月的在轨测验,2017年1月18日正式交给展开科学试验。

  为构建掩盖全球的量子保密通讯网络奠定了牢靠的技能根底

  此次完结的星地高速量子密钥分发试验是“墨子号”量子卫星的科学方针之一。

  中国科学技能大学研讨员,量子科学试验卫星科学使用体系总师、卫星体系副总师彭承志说:“量子密钥分发试验选用卫星发射量子信号,地上接纳的方法。‘墨子号’量子卫星过境时,与河北兴隆地上光学站树立光链路,通讯间隔从645公里到1200公里。在1200公里通讯间隔上,星地量子密钥的传输功率比平等间隔地上光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。卫星上量子拐骗态光源均匀每秒发送4000万个信号光子,一次过轨对接试验可生成30万比特的安全密钥,均匀成码率可达1千1百比特每秒。”

  潘建伟表明,这一重要效果为构建掩盖全球的量子保密通讯网络奠定了牢靠的技能根底。“以星地量子密钥分发为根底,将卫星作为可信中继,能够完结地球上恣意两点的密钥同享,将量子密钥分发规模扩展到掩盖全球。此外,将量子通讯地上站与城际光纤量子保密通讯网(如合肥量子通讯网、济南量子通讯网、京沪干线)互联,能够构建掩盖全球的六合一体化保密通讯网络。”

  地星量子隐形传态试验是“墨子号”量子卫星的另一个科学方针之一。

  “量子隐形传态试验选用地上发射羁绊光子、天上接纳的方法,‘墨子号’量子卫星过境时,与海拔5100米的西藏阿里地上站树立光链路。地上光源每秒发生8000个量子隐形传态案例,地上向卫星发射羁绊光子,试验通讯间隔从500公里到1400公里,一切6个待传送态均以大于99.7%的置信度逾越经典极限。”彭承志说:“假设在相同长度的光纤中重复这一作业,需求3800亿年(世界年纪的20倍)才干观测到1个案例。这一重要效果为未来展开空间标准量子通讯网络研讨,以及空间量子物理学和量子引力试验查验等研讨奠定了牢靠的技能根底。”

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