千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)

——“墨子號”搶占量子科技創(chuàng)新制高點

2016年12月10日，在西藏阿里觀測站，“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星過境，科研人員在做實驗（合成照片）。 新華社記者 金立旺 攝

人類能造出不可破解的密碼嗎？量子通信給出的答案是——能。

向身處遙遠兩地的用戶分發(fā)量子密鑰，利用該密鑰對信息采用一次一密的嚴格加密，這是目前理論上不可竊聽、不可破譯的通信方式。中國科學院日前傳來最新消息：“墨子號”衛(wèi)星上天一年，已提前完成既定科學目標，將“絕對保密”的量子通信從理論向實用化再次推進了一大步，并為我國未來繼續(xù)引領世界量子通信技術發(fā)展奠定堅實基礎。

“我們在量子通信研究領域保持著領跑優(yōu)勢，但競爭日趨激烈?！敝锌圃涸洪L白春禮院士說，美國已經(jīng)發(fā)布了新的量子科研計劃，歐盟、日本也在加緊研究，在新一輪的科研比拼中，科研工作者將以時不我待的精神，艱苦奮斗、勇攀高峰。

提前完成三大科學目標：千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)

８月１０日凌晨，中國科技大學潘建偉、彭承志團隊聯(lián)合中科院上海技物所等單位宣布，“墨子號”在國際上首次成功實現(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月實現(xiàn)千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學非定域性檢驗后，我國科學家利用“墨子號”實現(xiàn)的又兩項重大突破。

什么是量子密鑰？這得從量子特性和傳統(tǒng)信息加密技術的“瓶頸”說起。作為最小的、不可再分割的能量單位，量子具有不可克隆、“測不準”等特性。用量子做成“密鑰”來傳遞信息，竊聽必然會被發(fā)現(xiàn)，且加密內容不可破譯。

傳統(tǒng)的信息加密技術，依靠的是計算的“復雜性”，但隨著數(shù)學和計算能力的飛速提升，再復雜的加密算法也“很快”會被破解?；凇傲孔用荑€”的量子通信，則是一種“原理上無條件安全”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實驗衛(wèi)星“墨子號”，為通過太空“量子傳密”提供了可能。實驗表明，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１萬億億倍，衛(wèi)星平均每秒發(fā)送４０００萬個信號光子，一次實驗可生成３００千比特（ｋｂｉｔ）的密鑰，平均成碼率達１．１千比特/秒（ｋｂｐｓ）。

星地量子隱形傳態(tài)是“墨子號”的另一個重大科學目標?！澳犹枴边^境時，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。實驗表明，所有６個待傳送態(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，至此，“墨子號”三大既定科學目標均成功實現(xiàn)，為我國未來繼續(xù)引領世界量子通信技術發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究，奠定了堅實的基礎。