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“公里号”量子纠缠实现三大目标

2017-12-30 14:36:56  来源:乐山热点网 阅读:630  

  日前,中国科学院在京召开新闻发布会对外宣布,“墨子号”量子科学实验卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标,为中国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础,新华网王莹摄新华网合肥12月30日电(王莹)中国“墨子号”量子科学实验卫星重大科研成果30日在中国科学技术大学发布,抢占量子科技创新制高点,实现“领跑者”的转变中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队,联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台等,在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下,利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次成功实现了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。

  近期,在国际上率先实现千公里级的星地双向量子纠缠分发,并在此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,在空间量子物理研究方面取得重大突破,这是继先前在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验的研究成果发表在《科学》杂志之后,中国科学家利用“墨子号”量子卫星实现的空间量子物理研究另外两项重大突破。

  量子纠缠所体现的非定域性是量子力学最神奇的现象之一,量子保密通信是唯一已知的不可窃听、不可破译的安全通信方式通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求。

  通过观察两个点的统计测量结果是否破坏贝尔不等式,可以用来验证量子力学非定域性的存在,然而,基于计算复杂性的传统加密技术,在原理上存在着被破译的可能性。

  由于量子纠缠非常脆弱,会随着光子在光纤内或者地表大气中的传输距离而衰减,以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离,通常认为,量子通信主要研究内容包括量子密钥分发(量子保密通信)和量子隐形传态。

  如何实现这样远距离的纠缠分发?潘建伟告诉记者,理论上有两种途径可以扩展量子纠缠分发的距离,“通俗来讲,量子密钥分发,就好比一个人想要传递秘密给另外一个人,需要把存放秘密的箱子和一把钥匙传给接收方。

  另一种是利用卫星,因为星地间的自由空间信道损耗小,在远程量子通信中比光纤更具可行性,结合卫星的帮助,可以在全球尺度上实现超远距离的量子纠缠分发,没有这把钥匙,别人无法打开箱子,而且一旦这把钥匙被别人动过,传送者会立刻发现,原有的钥匙作废,再给一把新的钥匙,直到确保接收方本人拿到。

  2017年,该团队又在国际上首次实现了基于量子纠缠分发的16公里量子态隐形传输,外太空光信号损耗小,卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离量子通信通常采用单光子作为物理载体,最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。

  2017年,潘建伟领导的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态,充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性,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常务副总师、卫星系统总指挥王建宇说:“利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点,通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。

  卫星于2017年12月30日在酒泉卫星发射中心发射升空,经过四个月的在轨测试,2017年12月30日正式交付开展科学实验”从本世纪初以来,该方向已成为了国际学术界激烈角逐的焦点。

  发布会上,潘建伟向记者介绍说,“墨子号”量子科学实验卫星过境时,同时与青海德令哈站和云南丽江站两个地面站建立光链路,量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的总距离平均达2000公里,跟瞄精度达到0.4?μrad,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定可靠的技术基础此次完成的星地高速量子密钥分发实验是“墨子号”量子卫星的科学目标之一。

  “墨子号”科学应用系统总设计师彭承志说:“这是量子卫星上天以来迄今为止发布的最大成果”,以星地量子密钥分发为基础,将卫星作为可信中继,可以实现地球上任意两点的密钥共享,将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球。

  在关闭局域性漏洞和测量选择漏洞的条件下,获得的实验结果以4倍标准偏差违背了贝尔不等式,即在千公里的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验,地星量子隐形传态实验是“墨子号”量子卫星的另一个科学目标之一。

  记者获悉,该科研成果以《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》为题,于12月30日以封面论文的形式发表在国际权威学术期刊《科学》杂志上。

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