在量子加密通信的研究领域,如何长距离传输纠缠光子一直是个很大的难题。不过最近我国的科学家们,利用去年八月发射的墨子号量子卫星,在这件事上取得了一些突破。哪怕在光纤里「走」上
240 公里就会衰减的纠缠光子对,之前在大气环境中最远也只能在相隔 100
公里左右的两地间进行量子纠缠的验证实验。而有了卫星这个太空里的「中间点」后情况就有所不同,得益于轨道周围的真空环境,发射纠缠光子对时受到的干扰会远小于地面。基于这一事实,研究者们成功从太空中,往相距约
1,200
公里的云南丽江和青海德令哈地面站发送了纠缠光子对。当然,具体的实验过程并不像读起来那么容易,尽管墨子号上搭载的结晶体每次能生成
600
万对纠缠光子,但到了地面站上,平均下来大概也就只有每秒探测到一对而已。「这是一项很具挑战性的任务。」参与实验的知名量子物理学家陆朝阳在接受
Wired 采访时说道,「它就好像要你在 300
米外看清楚一根头发。」这次实验的成果被刊登在了最新一期的《Science》杂志上,同时也为未来基于量子纠缠的加密系统开发打下了良好的基础。

作者:祁浩凡    班级:1402019    学号:14020199029

嵌牛导读】2016年8月16日01时40分,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将全球首颗量子科学实验卫星(简称量子卫星)发射升空。英媒称,中国发射的量子通讯卫星已经开启了世界量子太空竞赛,在理论上这种利用量子科学原理的新型卫星能够提供无法被破解的保密通讯频道。

嵌牛鼻子】卫星 量子力学

嵌牛提问】中国量子卫星有什么重大意义?

嵌牛正文

       
就像是一个隐喻,来自中国的“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光,看上去像极了汉字里大写的“人”字,这幅景象被当作“封面”,刊印在6月17日的美国知名学术期刊杂志《科学》上。这一次中国科学站到了世界面前,而且是挺直腰杆,站在了最前沿。

       
6月16日,中国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学技术大学副校长潘建伟院士在媒体的闪光灯下宣布:中国率先实现了“千公里级”的星地双向量子纠缠分发,打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录,回答了爱因斯坦关于量子力学的“百年之问”。

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中国量子科学实验卫星“墨子号”

       
试验卫星“墨子”携带精密的光学设备,绕地球运行,并且向两个距离1200公里的、建立在山顶的地面站发射信号。报道称,卫星上的光学设备的用途是向地面站发送光的粒子或光子,其中加入“密匙”传送加密信息。潘建伟院士说,中国已经开启了世界量子太空竞赛。

       
量子保密技术在很多方面应该类似于现有的加密的网络金融数据技术。报道称,在客户和网店分享敏感信息前,双方要交换复杂的数字,以此把随后发送的信息字码打乱。信息里面还包含了能够安全破解信息的密匙。但是数字本身的弱点是它能够被截获,在拥有足够计算能力的情况下,这些数字能够被破译。但是量子加密十分超前,因为它能够利用量子科学隐藏密匙。在太空真空中,因为没有原子,至少原子数量微乎其微,因此量子信号受到的干扰很少。这就是为什么中国的“墨子”卫星测试具有重要意义的原因,这种测试已经证明了在太空建立的网络是可行的。

       
但实际操作上实现上述构想并不容易。卫星每天,或每晚,只有在不到5分钟时间里穿越中国上空的500公里距离,因为太阳强光会轻易淹没量子信号。“墨子”号卫星的精密光学设备产生至关重要的光子对,并向建在中国高山上的望远镜发射。

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“墨子号”量子科学实验卫星与兴隆量子通信地面站建立天地链路

        赞誉、解读、报道纷至沓来

       
《科学》杂志审稿人称该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”,并断言“毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。

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美国波士顿大学量子技术专家谢尔吉延科评价:这是一个英雄史诗般的实验,中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。

       
英国《自然》杂志在报道潘建伟团队量子通信研究成果时提到:这标志着中国在量子通信领域的崛起,从10年前不起眼的国家发展为现在的世界劲旅,将领先于欧洲和北美。

       
数学家阿图尔·埃克特也被中国的试验触动,他在发给BBC的电邮中说,“中国的试验是很了不起的科技成就。”埃克特上世纪90年代在牛津大学学习量子信息的时候就建议用配对光子加密的方法。他解嘲地说:“当时我建议过这种计划,但我没有想到这个计划被提到如此的高度。”

       
如今,以量子卫星最新实验为代表的成果,让中国再次挺进量子研究世界版图的中心,属于中国的量子时间似乎正在到来。

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