“墨子號”搶占量子科技制高點(diǎn) 實(shí)現“領(lǐng)跑者”轉變

　　日前，中國科學(xué)院在京召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì )對外宣布，“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛星提前并圓滿(mǎn)實(shí)現全部三大既定科學(xué)目標，為中國在未來(lái)繼續引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問(wèn)題檢驗前沿研究奠定了堅實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎。

　　2016年8月16日，中國成功發(fā)射首顆量子科學(xué)實(shí)驗衛星“墨子號”。

　　搶占量子科技創(chuàng )新制高點(diǎn)，實(shí)現“領(lǐng)跑者”的轉變

 

　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，聯(lián)合中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛星創(chuàng )新研究院、光電技術(shù)研究所、國家天文臺等，在中國科學(xué)院空間科學(xué)戰略性先導科技專(zhuān)項的支持下，利用“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗衛星，在國際上首次成功實(shí)現了從衛星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛星的量子隱形傳態(tài)。兩項成果于8月10日同時(shí)在線(xiàn)發(fā)表在國際權威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。這是繼先前在國際上率先實(shí)現千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗的研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志之后，中國科學(xué)家利用“墨子號”量子衛星實(shí)現的空間量子物理研究另外兩項重大突破。

 

　　中國科學(xué)院院長(cháng)、黨組書(shū)記白春禮表示，“墨子號”開(kāi)啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗檢驗的大門(mén)，為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng )新制高點(diǎn)，成為了國際同行的標桿，實(shí)現了“領(lǐng)跑者”的轉變。

 

 

　　通信安全是國家信息安全和人類(lèi)經(jīng)濟社會(huì )生活的基本需求。千百年來(lái)，人們對于通信安全的追求從未停止。然而，基于計算復雜性的傳統加密技術(shù)，在原理上存在著(zhù)被破譯的可能性。隨著(zhù)數學(xué)和計算能力的不斷提升，經(jīng)典密碼被破譯的可能性與日俱增。

 

　　通常認為，量子通信主要研究?jì)热莅孔用荑€分發(fā)(量子保密通信)和量子隱形傳態(tài)。

 

　　量子密鑰分發(fā)通過(guò)量子態(tài)的傳輸，在遙遠兩地的用戶(hù)共享無(wú)條件安全的密鑰，利用該密鑰對信息進(jìn)行一次一密的嚴格加密，這是目前人類(lèi)唯一已知的不可竊聽(tīng)、不可破譯的無(wú)條件安全的通信方式。

 

　　“通俗來(lái)講，量子密鑰分發(fā)，就好比一個(gè)人想要傳遞秘密給另外一個(gè)人，需要把存放秘密的箱子和一把鑰匙傳給接收方。接收方只有用這把鑰匙打開(kāi)箱子，才能取到秘密。沒(méi)有這把鑰匙，別人無(wú)法打開(kāi)箱子，而且一旦這把鑰匙被別人動(dòng)過(guò)，傳送者會(huì )立刻發(fā)現，原有的鑰匙作廢，再給一把新的鑰匙，直到確保接收方本人拿到。”潘建偉說(shuō)。

 

 

　　量子通信通常采用單光子作為物理載體，最為直接的方式是通過(guò)光纖或者近地面自由空間信道傳輸。如何實(shí)現安全、長(cháng)距離、可實(shí)用化的量子通信，是該領(lǐng)域的最大挑戰和國際學(xué)術(shù)界幾十年來(lái)奮斗的共同目標。

 

　　中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員、量子科學(xué)實(shí)驗衛星工程常務(wù)副總師、衛星系統總指揮王建宇說(shuō)：“利用外太空幾乎真空因而光信號損耗非常小的特點(diǎn)，通過(guò)衛星的輔助可以大大擴展量子通信距離。同時(shí)，由于衛星具有方便覆蓋整個(gè)地球的獨特優(yōu)勢，是在全球尺度上實(shí)現超遠距離實(shí)用化量子密碼和量子隱形傳態(tài)最有希望的途徑。”

 

　　從本世紀初以來(lái)，該方向已成為了國際學(xué)術(shù)界激烈角逐的焦點(diǎn)。潘建偉團隊為實(shí)現星地量子通信開(kāi)展了一系列先驅性的實(shí)驗研究。

 

 

　　此次完成的星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗是“墨子號”量子衛星的科學(xué)目標之一。

 

　　潘建偉表示，這一重要成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò )奠定了可靠的技術(shù)基礎。以星地量子密鑰分發(fā)為基礎，將衛星作為可信中繼，可以實(shí)現地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網(wǎng)(如合肥量子通信網(wǎng)、濟南量子通信網(wǎng)、京滬干線(xiàn))互聯(lián)，可以構建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)絡(luò )。

 

　　地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗是“墨子號”量子衛星的另一個(gè)科學(xué)目標之一。彭承志說(shuō)，這一重要成果為未來(lái)開(kāi)展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò )研究以及空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗檢驗等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎。