墨子号: 树起量子通信中国标杆

  

  近日,美国科学促进会宣布,墨子号量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖,以表彰该团队通过实现千公里级星地双向量子纠缠分发,为推动大尺度量子通信实验研究做出的卓越贡献。这是该奖设立九十余年来,中国科学家在本土完成的科研成果获得这一重要荣誉。而几个月前,2018年12月17日,墨子号量子科学实验卫星完成的洲际量子密钥分发研究成果,还被列入美国物理学会2018年度国际物理学领域的十项重大进展。

  圆满实现三大科学目标

  墨子号量子卫星圆满实现预定的全部三大科学目标,为我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。中国科学技术大学潘建伟教授告诉科技日报记者。

  由于量子不可克隆原理,量子通信的信号不能像经典通信那样被放大,又由于光纤信道的固有衰减,量子通信的距离受到很大限制。利用外太空盘古棋牌平台几乎真空因而光信号损耗非常小的特点,通过卫星辅助可以大大扩展量子通信距离。潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究。墨子号量子科学实验卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心成功发射,2017年1月18日正式开展科学实验。

  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。墨子号量子卫星与河北兴隆地面光学站建立了光链路,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。

  实现地星量子隐形传态是墨子号量子卫星的又一科学目标。量子隐形传态可利用量子纠缠将粒子的未知量子态传送到遥远地点,而不用传送粒子本身。墨子号量子隐形传态实验采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式。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,向墨子号量子卫星发射纠缠光子,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。

  量子纠缠被爱因斯坦称之为鬼魅般的超距作用,也是量子力学最神奇的现象之一。由于量子纠缠非常脆弱,以往的量子纠缠分发实验只停留在百公里的距离。这种鬼魅般的超距作用在更远的距离上是否仍然存在?会不会受到引力等其他因素的影响?作为卫星的三大科学实验任务之一,墨子号量子卫星在国际上在空间尺度上开展了量子纠缠分发实验。

  墨子号卫星上的纠缠源载荷每秒产生800万个纠缠光子对,可以每秒1对的速度在地面超过1200公里的两个站之间建立量子纠缠,量子纠缠的传输衰减仅是地面光纤的一万亿分之一。

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