“以前人们会说量子技术的极限在天边,但这说法其实有些保守了。在最近发表的这些实验中,量子技术已经突破了天空的限制,这也是中国在物理科学方面投资及努力的证明。正因为有了这些投资与努力,该研究团队才能够将应用型量子通信技术研究提升到如此的天文高度。”卡尔·齐姆勒斯盛赞了中国研究团队在空间量子技术方面的成绩。
本次发布的星地高速量子密钥分发,是“墨子号”量子卫星的科学目标之一。实验采用卫星发射量子信号,地面接收的方式。“墨子号”量子卫星过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上,星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。卫星上平均每秒发送4000万个信号光子,一次过轨对接实验可生成300kbit的安全密钥,平均成码率可达1.1kbps。这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠技术基础。
本次发布的地星量子隐形传态是“墨子号”量子卫星的另一科学目标。量子隐形传态采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式,“墨子号”量子卫星过境时,与海拔5100米的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例,地面向卫星发射纠缠光子,实验通信距离从500公里到1400公里,所有6个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限。假设在同样长度的光纤中重复这一工作,需要3800亿年(宇宙年龄的20倍)才能观测到1个事例。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究,以及空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础。
2016年8月16日发射升空的“墨子号”量子卫星,是由我国完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星。该卫星从科学概念的提出到关键技术突破,从工程组织实施到科学成果产出,均由我国科学家主导完成。
现在,“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部3大科学目标,标志着我国在量子通信领域的研究在国际上达到全面领先的优势地位。“墨子号”也开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门,为我国在国际上抢占了量子科技创新制高点,成为国际同行的标杆,实现了向“领跑者”的转变。
千年梦想:不被破解的密码
与经典通信不同,量子密钥分发通过量子态的传输,在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥,这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式