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又是“国际首次”!中国科学家实现量子卫星科学目标

2017-08-10  来源:新浪科技  作者:

来源:中青在线,中科院之声公众号等

近日中国科学院召开新闻发布会,宣布量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现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,至此“墨子号”已提前完成预设的三大科学目标,分别为量子密钥分发,量子纠缠分发与量子隐形传态。

《自然》(Nature)杂志的物理科学主编卡尔?齐姆勒斯感慨“这是十分令人激动的消息(very exciting stuff)”,并给出评价:“以前人们会说量子技术的极限在天边,但这说法其实有些保守了”,潘建伟团队这些实验中,量子技术就已经突破“天空的限制(gone beyond the sky)”,并将应用型量子通信技术方面的研究提升到如此的“天文高度(astronomical height)”。

一、量子密钥分发

与经典通信不同,量子密钥分发通过量子态的传输,在遥远两地的用户,可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。

这其中一个重要的研究内容,就是量子密钥分发。

所谓密钥分发实验,要以量子力学一些“原理”的成立为提前。比如,“量子不可克隆定理、量子不可分割”,使得“存在窃听必然被发现”,而量子的“一次一密,完全随机”,又让“加密内容不可破译”成为现实。

卡尔?齐姆勒斯也提到,量子密钥是保障通信极高保密性的关键。他说,“在没有密钥的情况下,是无法读到这些通信的,如果有他人窃听了你的密钥,量子力学的原理保证了你一定会知道,从而你通信的安全性又上了一层楼。”

如今,这种量子密钥分发的设想,在更远的距离即千公里级完成了实验。

具体来看,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”量子卫星过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。

根据“墨子号”实验结果,在1200公里通信距离上,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。

关键词:量子隐形传态 量子纠缠 墨子号 量子通信 科学目标