“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星圓滿實現(xiàn)預先設定的全部科學目標 —— 文章正文2018-02-05

　“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星在國際上首次成功實現(xiàn)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)，至此圓滿實現(xiàn)預先設定的全部三大科學目標，為我國在未來繼續(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科學與技術基礎。
　　中國科大潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，聯(lián)合中科院上海技術物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、南京天文儀器有限公司、國家空間科學中心等，在中科院空間科學戰(zhàn)略性先導科技專項的支持下，利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，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)。兩項成果于8月10日同時在線發(fā)表在國際權威學術期刊《自然》雜志上。這是繼先前在國際上率先實現(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的研究成果發(fā)表在《科學》雜志之后，我國科學家利用“墨子號”量子衛(wèi)星實現(xiàn)的空間量子物理研究另外兩項重大突破。至此，“墨子號”量子衛(wèi)星提前并圓滿實現(xiàn)全部三大既定科學目標。
　　星地高速量子密鑰分發(fā)是“墨子號”量子衛(wèi)星的科學目標之一。量子密鑰分發(fā)實驗采用衛(wèi)星發(fā)射量子信號，地面接收的方式，“墨子號”量子衛(wèi)星過境時，與河北興隆地面光學站建立光鏈路，通信距離從645公里到1200公里。在1200公里通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離地面光纖信道高20個數(shù)量級(萬億億倍)。衛(wèi)星上量子誘騙態(tài)光源平均每秒發(fā)送4000萬個信號光子，一次過軌對接實驗可生成300 kbit的安全密鑰，平均成碼率可達1.1 kbps。這一重要成果為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡奠定了可靠的技術基礎。以星地量子密鑰分發(fā)為基礎，將衛(wèi)星作為可信中繼，可以實現(xiàn)地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網(wǎng)互聯(lián)，可以構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)絡。
　　為此，《自然》雜志的審稿人稱贊星地量子密鑰分發(fā)成果是“令人欽佩的成就”和“本領域的一個里程碑”，并斷言“毫無疑問將引起量子信息、空間科學等領域的科學家和普通大眾的高度興趣，并導致公眾媒體極為廣泛的報道”。
　　地星量子隱形傳態(tài)是“墨子號”量子衛(wèi)星的科學目標之一。量子隱形傳態(tài)采用地面發(fā)射糾纏光子、天上接收的方式， “墨子號”量子衛(wèi)星過境時，與海拔5100m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，地面向衛(wèi)星發(fā)射糾纏光子，實驗通信距離從500公里到1400公里，所有6個待傳送態(tài)均以大于99.7%的置信度超越經(jīng)典極限。假設在同樣長度的光纖中重復這一工作，需要3800億年(宇宙年齡的20倍)才能觀測到1個事例。這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網(wǎng)絡研究，以及空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術基礎。
　　《自然》雜志審稿人稱贊“這些結(jié)果代表了遠距離量子通信持續(xù)探索中的重大突破”, “這個目標非常新穎并極具挑戰(zhàn)性，它代表了量子通信方案現(xiàn)實實現(xiàn)中的重大進步”。
　　“墨子號”量子衛(wèi)星全部三大既定科學目標的成功實現(xiàn)，為我國在未來繼續(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科學與技術基礎。 (中科院量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院 科研部)