“墨子号”实现量子安全时间传递

  近期,中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟与同事彭承志、徐飞虎等人利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次实现了量子安全时间传递的原理性实验验证,精度达到30皮秒(1皮秒等于1万亿分之一秒)的世界先进水平,为未来构建安全的卫星导航系统奠定基础。日前国际知名学术期刊《自然·物理》发表了该成果。

  什么是“量子纠缠”,它和“量子通信”之间又有怎样的关系?扬子晚报记者采访了苏州大学物理科学与技术学院教授、副院长方亮。

  扬子晚报/紫牛新闻记者 杨甜子

 

  又一个“全球首次”

  此次,利用“墨子号”量子科学实验卫星,潘建伟团队突破了星地单光子时间传递、高速率星地双向异步激光时间应答器等技术难点,实现了星地量子安全时间同步的技术验证,获得了30皮秒精度的星地时间传递,此精度达到了世界先进水平。

  ●2016年8月16日,“墨子号”量子科学实验卫星发射升空,在国际上率先开展了量子密钥分发等关键技术研究,并于2017年9月29日在世界上首次实现了北京和奥地利维也纳之间的洲际量子保密通信视频通话。

  ●2019年12月30日23时31分44秒,由中国科学技术大学、科大国盾量子技术股份有限公司和济南量子技术研究院共同研制的全球首个可移动量子卫星地面站,在济南与“墨子号”卫星对接成功。

  ●据新华社今年3月报道,潘建伟院士团队与清华大学等机构合作,实现了500公里级真实环境光纤的双场量子密钥分发和相位匹配量子密钥分发,传输距离达到509公里,创造了新的世界纪录。

  专家解读

  量子通信让信息传递有了“加密快递”

  为网络安全和导航定位提供新的解决方案

  在采访中,苏州大学物理科学与技术学院的方亮教授告诉记者,现实意义中的“纠缠”多半是拧成一个死结一般地抱紧在一起,但在量子的世界里,“纠缠”的概念并没有这么实在,而是宽泛得多:两个粒子,即便距离相隔千里,但依然存在着“纠缠”的关系。这种关系的显著表现,便是相互影响。举个拟人化的例子,一个粒子“站”太平洋的东岸,被人撞到,一个趔趄摔在地上,太平洋西岸的另一个粒子,也会“没来由地”猛地摔了个屁股蹲儿。这种神奇的现象甚至让物理界的大神爱因斯坦也觉得难以置信,于是,他把量子纠缠的运作方式称为“鬼魅般的超距作用”。

  量子世界里,粒子们拥有的这种相互影响的技能,会对我们的生活带来哪些影响?方亮表示,量子加密和量子通信的技术是革命性的。伴随着科技的进步发展,计算机网络、金融交易市场、电力能源网络等领域对于信息准确性和保密性的要求也在不断提高。如果网络安全系统被恶意攻击,导航系统遭遇定位不准等问题,带来的负面影响将是致命的。而基于量子的“不可克隆”原理,以单光子量子态为载体的时间传递技术可以从根本上保证信号传输过程的安全性。

  “量子纠缠可作为安全信息传输的加密技术,即使两个物体并没有物理连接,甚至它们之间的距离如宇宙长度般遥远,也能瞬时产生影响。”方亮解释,如果把传统电磁波信息基于量子纠缠技术进行加密,分别配发给接收者和发送者,那么电磁波的信息在传递过程中就不可能被窃取。这是因为任何窃取行为,都涉及对量子叠加态的测量,必会引起叠加状态的坍缩,接收者和发送者就能同时得知现在的信息已经被窃听。

  “打个比方,一位北京市民要给一位上海市民发送保险箱密码,在量子通信的世界里,这则密码是以‘密码钥匙’的形式,通过‘加密快递’发出的。如果发送的过程中没有遭遇信息拦截或者窃取,那么在北京市民在发送的同时,上海市民就应该可以迅速收到这个‘密码钥匙’。如果信息在路途中窃取了,那么上海市民收到的‘密码钥匙’就会发生变化,北京市民和上海市民都能及时知道,信息已被窃取了。”

【编辑:房家梁】

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