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“墨子號”圓滿實現三大既定科學目標
2017-08-10 07:43:00 來源: 科技日報
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  記者從中科院獲悉,我國科學家利用“墨子號”量子科學實驗衛星,在國際上首次成功實現了從衛星到地面的量子密鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態。兩項成果于北京時間10日淩晨同時在線發表在《自然》上。至此,“墨子號”圓滿實現全部三大既定科學目標。

  “墨子號”是去年8月16日升空、今年1月18日正式交付開展科學實驗的。它的第一個科學目標——在國際上率先實現千公裏級星地雙向量子糾纏分發和量子力學非定域性檢驗已經實現,成果于6月16日在《科學》上發表。現在“墨子號”的另兩個科學目標再次實現,中科院院長白春禮指出,這標志著我國在量子通信領域的研究在國際上全面領先。

  當今國際量子通信的研究內容之一便是量子密鑰分發。量子科學實驗衛星首席科學家、中國科大教授潘建偉説,傳統的基于計算復雜性的加密技術,在原理上都存在著被破譯的可能。而量子密鑰分發則是通過量子態的傳輸,在遙遠兩地的用戶共享無條件安全的密鑰,利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴格加密,這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全的通信方式。

  量子通信的另一重要內容是量子隱形傳態。它利用量子糾纏可以將物質的未知量子態精確傳送到遙遠地點,而不用傳送物質本身。

  “墨子號”的科學目標之一是星地高速量子密鑰的分發。據潘建偉介紹,量子密鑰分發實驗採用衛星發射量子信號、地面接收的方式。“墨子號”過境時,與河北興隆地面光學站建立光鏈路,在1200公裏通信距離上,星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離地面光纖信道高20個數量級(萬億億倍)。衛星上量子誘騙態光源平均每秒發送4000萬個信號光子,一次過軌對接實驗可生成300kbit的安全密鑰,平均成碼率可達1.1kbps。這一重要成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了可靠的技術基礎。

  地星量子隱形傳態是“墨子號”的另一科學目標。量子隱形傳態採用地面發射糾纏光子、天上接收的方式。“墨子號”過境時,與西藏阿裏地面站建立光鏈路。地面光源每秒産生8000個量子隱形傳態事例,向衛星發射糾纏光子,實驗通信距離從500公裏到1400公裏,所有6個待傳送態均以大于99.7%的置信度超越經典極限。假設在同樣長度的光纖中重復這一工作,需要3800億年才能觀測到1個事例。這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網絡研究,以及空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術基礎。

  至此,“墨子號”三大既定科學目標圓滿實現。(記者李大慶)

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【糾錯】 責任編輯: 陳夢瑤
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