当前位置:wanbetx手机版登录 > 人文博文 >

“墨子号”:抢占量子科技创新制高点—新闻—

发布时间:2017-12-03 阅读:

  “墨子”:抓住量子技术创新的制高点 - 新闻 - 科学网

  近日,中国科学院在北京召开新闻发布会,宣布魔族量子科学实验卫星事先推进三大科学目标,圆满完成了量子通信技术发展的世界考验目标,量子物理的未来问题研究为科学技术奠定了坚实的基础。

  中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志与中国科学院上海技术物理研究所,中国科学院微小卫星研究所,光电子技术研究所,国家天文台,紫金山天文台,南京天文仪器有限公司和国家空间科学中心等。在中国科学院特种空间科学技术试验示范项目和墨子量子科学实验卫星的使用支持下,成功的从卫星到地面的国际量子密钥分发以及地球对量子卫星的量子隐形传输,这两个结果在8月10日同时在线发表在国际知名的学术期刊“自然”杂志上。在国际上率先实现双向二公里 - 二 - 三维量子纠缠分布与量子力学的非局域性研究成果发表在“科学”杂志上,我们科学家利用魔族量子卫星空间量子物理学研究两大重大突破。

  中国科学院院士,党组书记白春礼说,墨子打开了全球化量子通信,空间量子物理和量子引力实验的大门。抢占了世界范围内量子科技创新的制高点,成为国际同行的标杆。实现了领导者的转变。

  量子安全通信是唯一已知的非窃听,不可破解和无条件的安全通信模式

  通信安全是国家信息安全和人类经济和社会生活的基本要求。几千年来,通信安全的追求从未停止过。然而,基于计算复杂度的传统密码学原则上有可能被破译。随着数学和计算能力的不断提高,破译密码的可能性日益增大。

  潘建伟说:通过量子通信可以解决这个问题。换句话说,量子物理与信息技术相结合,利用量子控制技术,采用革命性的方式对信息进行编码,存储,传输和处理,从而保证信息安全,提高计算速度,提高测量精度。通过经典信息技术的瓶颈。

  一般认为量子通信的主要研究内容包括量子密钥分配(量子保密通信)和量子隐形传态。

  量子密钥分配通过量子态的传输,远程用户共享一个无条件的安全密钥,并使用密钥对信息进行一次加密,这是唯一已知的非窃听和不可破解的无条件安全通信。

  简而言之,量子密钥分配就像一个人将一个秘密传递给另一个需要将密钥和钥匙传递给接收者的人。只有接收者可以用这个键解锁这个盒子。没有钥匙的情况下,任何人都不能打开机箱,一旦钥匙被其他人接触,发送方立即发现原来的钥匙无效,并给出一个新的钥匙,直到确保接收方已经拿到钥匙。潘建伟说。

  那么,为什么钥匙被别人所触动,你能立刻意识到吗?

  因为科学家使用量子多重迭加的原理,以量子为关键。这样,一旦有人试图拦截或测试一个量子密钥,它就会改变量子态,科学家可以立即发现有人将这个密钥从这个变化中移走。因此,利用量子不可克隆和不可分割的特征,可以实现无条件的安全通信。

  量子通信的另一个重要组成部分是量子隐形传态,它利用量子纠缠性质将物质的未知量子态精确地传输到远处,而不需要传输物质本身,通过隐形传输来传递信息。远程量子隐形传态是分布式量子信息处理网络的基本单元。

  光信号在外太空的损耗很小,所以卫星通信可以大大扩展量子通信距离

  量子通信通常使用单光子作为物理载体,最直接的方式是通过光纤或近表面自由空间信道进行传输。但是,两个通道的损失随着距离呈指数增长。由于量子非克隆的原理,量子通信的信号不能像经典通信那样被放大,使量子通信的世界记录在百公尺量级之前。根据数据显示,即使使用每秒数百亿次的单光子源和1200千米光纤的完美探测器,也需要数百万年的时间来创建一位密钥。因此,如何实现安全,远距离,实用的量子通信是这一领域面临的最大挑战,也是国际学术界奋斗了几十年的共同目标。

  中国科学院上海技术物理研究所研究员,量子科学实验卫星工程副科长,卫星系统司令员王建宇说:利用外层空间几乎真空的光信号损失很小,卫星可以大大的扩大援助量子通信距离。与此同时,卫星的便捷覆盖整个地球的独特优势是在全球范围内实现超远距离,实用的量子密码学和量子隐形传态的最有前途的方法。

  本世纪以来,这个方向已经成为国际学术界激烈竞争的焦点。潘建伟团队为实现卫星量子通信进行了一系列开创性的实验研究。

  2003年,潘建伟小组提出利用卫星实现星际量子通信,构建量子保密通信网络的全球覆盖。然后在2004年,世界上第一次,自由空间的双向水平距离为13公里(大于垂直厚度的大气层)的量子纠缠分布,验证了通过大气量子通信的可行性。截至2011年底,中国科学院战略试验科技专项量子科学实验卫星正式成立。 2012年,潘建伟率领的联合研究小组实现了青海湖首次100公里双向量子纠缠分布和量子隐形传态,充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。 2013年,中科院联合研究小组在青海湖进行了量子密钥分配实验,模拟了星球的相对运动和星链路的大量损失,验证了量子密钥的可行性从卫星分发到地面。随后,团队努力克服各种困难,成功研制月球量子科学实验卫星。月球卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空,经过四个月的在轨测试,于2017年1月18日正式交付进行科学实验。

  为全球量子安全通信网络的建设奠定了坚实的技术基础

  恒星量子密钥分配实验的成功完成是恒星量子卫星的科学目标之一。

  中国科学技术大学研究员,量子科学实验卫星科学应用科学部主任,卫星系统副主任彭承志表示:量子密钥分发实验采用卫星传输量子信号的方法,接受地面。月亮量子卫星中转,河北兴隆地面站建立光通信链路,通信距离645公里至1200公里。在1200 km的传输距离下,卫星量子密钥的传输效率比相同距离的地面光纤信道的传输效率高20个数量级。量子诱骗状态光源平均每秒传输4000万信号光子。轨道对接实验可以生成300,000位安全密钥,平均编码速率为每秒1100位。

  潘建伟说,这一重大成果为建立全球量子安全通信网络奠定了坚实的技术基础。基于星型分布式量子密钥分布,将卫星作为可信中继,可以实现地球任意两点的密钥共享,并将量子密钥分布覆盖范围扩展到全球范围。此外,量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网络(如合肥量子通信网,济南量子通信网,京沪干线等)之间的互联互通,可以构建世界一体化的安全通信网络。

  地球的量子隐形传态实验是墨子量子卫星的其他科学目标之一。

  量子隐形传送实验利用地面发射的纠缠光子,天空接收的方式,魔族量子卫星转播,以及西藏阿里地面站海拔5100米建立光通信链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传输,地面传输纠缠光子到卫星。实验通信距离从500公里到1400公里。所有六个要传递的状态都超过了经典极限,置信度大于99.7%。彭承志说:假设同样的纤维重复这项工作需要380亿年(宇宙年龄的20倍)才能观察到一个案例。这一重大成果为今后空间量子通信网络的研究以及空间量子物理和量子引力实验的研究奠定了坚实的技术基础。

关键词: 人文博文