千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)

——“墨子號(hào)”搶占量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)

2016年12月10日，在西藏阿里觀測(cè)站，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星過(guò)境，科研人員在做實(shí)驗(yàn)（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(yuǎn)兩地的用戶分發(fā)量子密鑰，利用該密鑰對(duì)信息采用一次一密的嚴(yán)格加密，這是目前理論上不可竊聽(tīng)、不可破譯的通信方式。中國(guó)科學(xué)院日前傳來(lái)最新消息：“墨子號(hào)”衛(wèi)星上天一年，已提前完成既定科學(xué)目標(biāo)，將“絕對(duì)保密”的量子通信從理論向?qū)嵱没俅瓮七M(jìn)了一大步，并為我國(guó)未來(lái)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“我們?cè)诹孔油ㄐ叛芯款I(lǐng)域保持著領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，但競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈?！敝锌圃涸洪L(zhǎng)白春禮院士說(shuō)，美國(guó)已經(jīng)發(fā)布了新的量子科研計(jì)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(shí)不我待的精神，艱苦奮斗、勇攀高峰。

提前完成三大科學(xué)目標(biāo)：千里糾纏、星地傳密、隱形傳態(tài)

８月１０日凌晨，中國(guó)科技大學(xué)潘建偉、彭承志團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中科院上海技物所等單位宣布，“墨子號(hào)”在國(guó)際上首次成功實(shí)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(shí)現(xiàn)千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)后，我國(guó)科學(xué)家利用“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)的又兩項(xiàng)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(shù)的“瓶頸”說(shuō)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(cè)不準(zhǔn)”等特性。用量子做成“密鑰”來(lái)傳遞信息，竊聽(tīng)必然會(huì)被發(fā)現(xiàn)，且加密內(nèi)容不可破譯。

傳統(tǒng)的信息加密技術(shù)，依靠的是計(jì)算的“復(fù)雜性”，但隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算能力的飛速提升，再?gòu)?fù)雜的加密算法也“很快”會(huì)被破解?；凇傲孔用荑€”的量子通信，則是一種“原理上無(wú)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(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，為通過(guò)太空“量子傳密”提供了可能。實(shí)驗(yàn)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(wàn)億億倍，衛(wèi)星平均每秒發(fā)送４０００萬(wàn)個(gè)信號(hào)光子，一次實(shí)驗(yàn)可生成３００千比特（ｋｂｉｔ）的密鑰，平均成碼率達(dá)１．１千比特/秒（ｋｂｐｓ）。

星地量子隱形傳態(tài)是“墨子號(hào)”的另一個(gè)重大科學(xué)目標(biāo)。“墨子號(hào)”過(guò)境時(shí)，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(gè)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(shí)驗(yàn)表明，所有６個(gè)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(shuō)，至此，“墨子號(hào)”三大既定科學(xué)目標(biāo)均成功實(shí)現(xiàn)，為我國(guó)未來(lái)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問(wèn)題檢驗(yàn)前沿研究，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。