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“墨子”:建设天地一体化的量子通信网络 | 战略连线
2017-11-29 00:11
来源:中国战略新兴产业

  本文首发于2017年11月18日

  《中国战略新兴产业》

   本刊记者 贠天一 编辑整理

  本文大概 1300 字;阅读需要 3 分钟

  “墨子号”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,它于 2016 年 8 月 16 日发射升空。经过 4 个月的在轨测试,2017 年 1 月 18 日正式交付开展科学实验。“墨子号”的成功发射在建立量子通信网络方面有巨大的价值。

  百余年来,量子力学的许多理论不断得到实验结果支持,催生了原子弹、激光、核磁共振、全球卫星定位系统等重大发明,改变了整个世界,这个过程被称为“第一次量子革命”。爱因斯坦曾经质疑量子力学理论的完备性,其中一个内容就是量子纠缠态,即在多粒子量子系统中,一对具有量子纠缠态的粒子,即使相隔极远,当其中一个状态改变时,另一个状态也会即刻发生相应改变。在量子通信技术应用里面来看这一特性,那就是量子通信将会拥有很高的保密性以及不可窃听性。这对金融、军事、政治等领域都将产生不可估量的价值,也被认为是开启了“第二次量子革命”。

  “墨子号”的一个研究目标是在量子物理基本问题检验领域:即通过千公里量级的量子纠缠分发,首次在空间尺度检验量子力学的非定域性,并利用量子纠缠在地面和卫星之间实现量子隐形传态。通过“墨子号”的星地纠缠分发,我们能够在相距 1200 公里以上的两个地面站之间以 1 对/秒的速度建立起量子纠缠,将使得人类首次具有在空间尺度开展量子科学实验的能力,并为未来在外太空开展广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验做好了坚实的技术准备,成为我国在基础物理学领域对世界的一项重要贡献。

  量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟介绍,量子通信的安全性基于量子物理基本原理,单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解,从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全,可从根本上、永久性解决信息安全问题。

  “墨子号”的主要应用目标是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发,实现星地量子保密通信,并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。“墨子号”可以在千公里外的外太空以 10kbps 的速率给地面站分发量子密钥,比地面同距离光纤量子通信水平提高了 15 个数量级以上。该项技术突破不仅使得我国具备了对光纤无法覆盖的地区——如我国的南海诸岛、驻外使领馆、远洋舰艇等——直接提供高安全等级量子通信保障的能力,并为我国未来构建覆盖全球的天地一体化量子保密通信网络提供可靠的技术支撑。

  如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。潘建伟介绍,当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。

  今年 9 月 29 日,中国科学院举行新闻发布会,宣布世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通。建成后的量子通信“京沪干线”,实现了连接北京、上海,贯穿济南和合肥全长 2000 多公里的量子通信骨干网络。结合“墨子号”量子卫星兴隆地面站与“京沪干线”北京上地中继接入点的连接,并通过“墨子号”与奥地利地面站的卫星量子通信,我国科学家在世界上首次实现了洲际量子通信。这也标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网络雏形,向未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。

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