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全球首創「量子星」建保密通信體系 激光傳輸量

2016-08-08
在保密通信領域,量子通信是迄今為止唯一被嚴格證明「無條件安全」的通信方式。通過量子通信,人們可以從根本上解決國防、金融、政務等領域的信息安全問題。量子通信被認為是最有可能引發軍事、經濟、社會領域又一次關鍵技術革命的領域。

量子科學實驗衛星在軌示意圖。中科院國家空間科學中心提供

  天地一體聯接亞歐

  中國制造的首顆量子科學實驗衛星預計本月中旬在酒泉衛星發射中心升空。如果這顆衛星成功發射,中國將成為全球第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家。未來,中國還將構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。按規劃,中國預計在2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發,屆時聯接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。

  三大任務全球首次

  吳季表示,量子科學實驗衛星在軌期間要完成三大任務。包括衛星和地面絕對安全量子密鑰分發、驗證太空貝爾不等式和實現地面與衛星之間量子的隱形傳態,這些科學目標都是非常前沿的。日本現準備做單方向的量子密鑰傳輸,加拿大也有類似計劃,歐洲在地面上已經將量子糾纏分發做到了接近100公里,「但在太空進行量子科學實驗,中國將是第一個」。

  發射接收超高精度

  上述這些實驗,都將通過中國自主研發的星地量子通信設備完成。用盡量通俗的語言形容是,量子通信設備能夠產生經過編碼的、甚至是糾纏的光子并發射到地面上,與之對接的地面系統則負責「接收光子」,而這種被稱為「針尖對麥芒」的光子的發射和接收需要超高精度的瞄準、捕獲和跟蹤。

  已經在地面上進行過的量子通信實驗,為何還要在太空中進行?吳季表示,在地面上的實驗,傳遞的距離受到限制,這令實驗尚存在一些爭議。到太空做實驗就是要把一對糾纏的光子拉得特別遠,超過1,000公里?!高@個實驗如果能做成功,對基礎科學會有很大的影響,所以非常值得做?!箙羌菊f,衛星在飛行的過程中,所攜帶的2個激光器要分別瞄準2個地面站,向2個方向同時傳輸糾纏量子對。中國科研人員采用一系列創新技術,使得量子衛星的對準精度可達普通衛星的10倍。中國的研制團隊已在地面上做過模擬仿真實驗,但還要到上天后才能知道最終成功與否。


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