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題：千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)——“墨子號(hào)”搶占量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)

?？诰W(wǎng)　http://6chong.cn　時(shí)間：2017-08-10 08:30

　　新華社北京８月９日電

　　新華社記者　董瑞豐、徐海濤

　　人類能造出不可破解的密碼嗎？量子通信給出的答案是——能。

　　向身處遙遠(yuǎn)兩地的用戶分發(fā)量子密鑰，利用該密鑰對(duì)信息采用一次一密的嚴(yán)格加密，這是目前理論上不可竊聽(tīng)、不可破譯的通信方式。中國(guó)科學(xué)院日前傳來(lái)最新消息：“墨子號(hào)”衛(wèi)星上天一年，已提前完成既定科學(xué)目標(biāo)，將“絕對(duì)保密”的量子通信從理論向?qū)嵱没俅瓮七M(jìn)了一大步，并為我國(guó)未來(lái)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

　　“我們?cè)诹孔油ㄐ叛芯款I(lǐng)域保持著領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，但競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈?！敝锌圃涸洪L(zhǎng)白春禮院士說(shuō)，美國(guó)已經(jīng)發(fā)布了新的量子科研計(jì)劃，歐盟、日本也在加緊研究，在新一輪的科研比拼中，科研工作者將以時(shí)不我待的精神，艱苦奮斗、勇攀高峰。

　　提前完成三大科學(xué)目標(biāo)：千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)

　?。冈拢保叭樟璩浚袊?guó)科技大學(xué)潘建偉、彭承志團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院上海技物所等單位宣布，“墨子號(hào)”在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)了從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)。

　　這是繼今年６月實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)后，我國(guó)科學(xué)家利用“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)的又兩項(xiàng)重大突破。

　　什么是量子密鑰？這得從量子特性和傳統(tǒng)信息加密技術(shù)的“瓶頸”說(shuō)起。作為最小的、不可再分割的能量單位，量子具有不可克隆、“測(cè)不準(zhǔn)”等特性。用量子做成“密鑰”來(lái)傳遞信息，竊聽(tīng)必然會(huì)被發(fā)現(xiàn)，且加密內(nèi)容不可破譯。

　　傳統(tǒng)的信息加密技術(shù)，依靠的是計(jì)算的“復(fù)雜性”，但隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算能力的飛速提升，再?gòu)?fù)雜的加密算法也“很快”會(huì)被破解?；凇傲孔用荑€”的量子通信，則是一種“原理上無(wú)條件安全”的通信方式，也為破解信息加密“瓶頸”提供了解決方案。

　　去年８月升空的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，為通過(guò)太空“量子傳密”提供了可能。實(shí)驗(yàn)表明，在１２００公里通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比地面光纖信道高１萬(wàn)億億倍，衛(wèi)星平均每秒發(fā)送４０００萬(wàn)個(gè)信號(hào)光子，一次實(shí)驗(yàn)可生成３００千比特（ｋｂｉｔ）的密鑰，平均成碼率達(dá)１．１千比特/秒（ｋｂｐｓ）。

　　星地量子隱形傳態(tài)是“墨子號(hào)”的另一個(gè)重大科學(xué)目標(biāo)?！澳犹?hào)”過(guò)境時(shí)，與海拔５１００米的西藏阿里地面站建立光鏈路，地面光源每秒產(chǎn)生８０００個(gè)量子隱形傳態(tài)事例，從５００公里到１４００公里的距離向衛(wèi)星發(fā)射糾纏光子。實(shí)驗(yàn)表明，所有６個(gè)待傳送態(tài)均以大于９９．７％的置信度超越了經(jīng)典極限。

　　潘建偉院士說(shuō)，至此，“墨子號(hào)”三大既定科學(xué)目標(biāo)均成功實(shí)現(xiàn)，為我國(guó)未來(lái)繼續(xù)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(yàn)前沿研究，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　又一個(gè)里程碑：為全球量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)

　　量子通信如何實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)距離、可實(shí)用化，是最大的挑戰(zhàn)，全世界這一領(lǐng)域的科學(xué)家為之奮斗了幾十年。

　　最直接的方式是光纖傳輸。但由于量子很“脆弱”，用光纖傳輸?shù)木嚯x有限：量子通過(guò)地面光纖傳輸?shù)膿p耗很大，也不能像傳統(tǒng)通信一樣進(jìn)行“信號(hào)放大”。

　　“光信號(hào)經(jīng)過(guò)外太空的損耗很小，可以擴(kuò)展量子通信距離。”中科院上海技術(shù)物理研究所研究員、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程常務(wù)副總師王建宇說(shuō)，同時(shí)，由于衛(wèi)星具有方便覆蓋整個(gè)地球的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是在全球尺度上實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)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(jì)初以來(lái)，這個(gè)方向就成為國(guó)際學(xué)術(shù)界激烈角逐的焦點(diǎn)，但難度也非常大。王建宇曾打過(guò)一個(gè)比喻：星地之間的量子聯(lián)通有多難？就好比在萬(wàn)米高空往地面的一個(gè)存錢罐里扔硬幣，需要準(zhǔn)確地將硬幣擲入儲(chǔ)蓄罐的狹小入口。

　　潘建偉團(tuán)隊(duì)的研究一直走在世界前沿。對(duì)于此次公布的成果，《自然》的物理科學(xué)主編卡爾·濟(jì)耶梅利斯用“非常興奮”來(lái)形容：研究團(tuán)隊(duì)用相互糾纏的光子安全傳送了至關(guān)重要的量子密鑰，“量子密鑰是保障通信極高保密性的關(guān)鍵”。

　　“這一成果為構(gòu)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(chǔ)。”潘建偉說(shuō)，以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為可信中繼，可以實(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴(kuò)展到覆蓋全球。

　　“將衛(wèi)星、地面站和城際光纖量子通信網(wǎng)互聯(lián)，可進(jìn)一步構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)。”潘建偉說(shuō)。

　　量子隱形傳態(tài)雖然不是傳統(tǒng)意義上的“瞬間傳送”，但為未來(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(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)?！斑@些結(jié)果代表了遠(yuǎn)距離量子通信持續(xù)探索中的重大突破”，《自然》雜志審稿人評(píng)價(jià)。

　　卡爾·濟(jì)耶梅利斯說(shuō)，這兩篇論文的發(fā)表意味著潘建偉團(tuán)隊(duì)順利完成了三項(xiàng)量子實(shí)驗(yàn)的展示，這些實(shí)驗(yàn)將會(huì)是全球任何基于空間的量子網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分。

　　國(guó)際引領(lǐng)地位：量子衛(wèi)星的聚合效應(yīng)顯現(xiàn)

　　隨著“墨子號(hào)”的全部既定科學(xué)目標(biāo)提前完成，這個(gè)項(xiàng)目畫上了一個(gè)圓滿句號(hào)，也開(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(yàn)檢驗(yàn)的大門。

　　潘建偉介紹，他的研究團(tuán)隊(duì)正與歐洲量子通信團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行洲際量子密鑰分發(fā)，目前已順利完成和奧地利格拉茨地面站的對(duì)接測(cè)試，正在開(kāi)展量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，即將具備洲際量子保密通話的條件。德國(guó)、意大利等國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)也申請(qǐng)加入。

　　同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)正在致力實(shí)現(xiàn)量子通信與經(jīng)典光通信相融合的安全信息傳輸。換句話說(shuō)，就是讓量子保密技術(shù)與目前使用的傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫鏈接。

　　未來(lái)的目標(biāo)還有很多：構(gòu)建完整的空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，形成具有國(guó)際引領(lǐng)地位的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和下一代國(guó)家信息安全生態(tài)系統(tǒng)，探索對(duì)廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的檢驗(yàn)……

　　“墨子號(hào)”取得的系列成果，贏得巨大國(guó)際聲譽(yù)，聚合效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)?！皹?biāo)志著我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究，在國(guó)際上達(dá)到全面領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)地位?！卑状憾Y評(píng)價(jià)，為我國(guó)在國(guó)際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)，成為國(guó)際同行的標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

　　據(jù)了解，“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星是中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)在“十二五”期間支持的４顆科學(xué)衛(wèi)星之一，另３顆衛(wèi)星也都已成功發(fā)射?！拔蚩铡卑滴镔|(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、“慧眼號(hào)”硬Ｘ射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星均獲得了大量科學(xué)數(shù)據(jù)，相關(guān)科學(xué)成果將陸續(xù)發(fā)布。

　　“通過(guò)這些項(xiàng)目的實(shí)施，力爭(zhēng)使我國(guó)在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多的重大突破，同時(shí)帶動(dòng)航天技術(shù)的發(fā)展，為將我國(guó)早日建成世界科技強(qiáng)國(guó)做出重要的、不可替代的貢獻(xiàn)?！卑状憾Y說(shuō)。