「墨子號」完成三大實驗任務 中國量子通信領跑世界

2021-01-08 觀察者網

8月10日，中國科學技術大學潘建偉團隊宣布，全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」圓滿完成了三大科學實驗任務：量子糾纏分發、量子密鑰分發、量子隱形傳態。

1200公裡的超遠距離量子糾纏分發成果，1個月前曾登上頂級學術期刊《科學》的封面。這次，星地間的遠距離量子密鑰分發、量子隱形傳態，又同時發表在另一頂級學術期刊《自然》上。

量子密鑰分發成果當地時間8月9日在線刊發在《自然》上（《自然》網站截圖）

量子隱形傳態成果當地時間8月9日在線刊發在《自然》上（《自然》網站截圖）

刊發兩篇成果的本期《自然》雜誌封面

據人民日報海外版報導，中國科學院院長、黨組書記白春禮表示，「墨子號」開啟了全球化量子通信、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門，為中國在國際上搶佔了量子科技創新制高點，成為了國際同行的標杆，實現了「領跑者」的轉變。

視頻：詳解「墨子號」神奇使命

通常認為，量子通信主要研究內容包括量子密鑰分發(量子保密通信)和量子隱形傳態。

量子密鑰分發通過量子態的傳輸，在遙遠兩地的用戶共享無條件安全的密鑰，利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴格加密，這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全的通信方式。

「通俗來講，量子密鑰分發，就好比一個人想要傳遞秘密給另外一個人，需要把存放秘密的箱子和一把鑰匙傳給接收方。接收方只有用這把鑰匙打開箱子，才能取到秘密。沒有這把鑰匙，別人無法打開箱子，而且一旦這把鑰匙被別人動過，傳送者會立刻發現，原有的鑰匙作廢，再給一把新的鑰匙，直到確保接收方本人拿到。」潘建偉說。

此次完成的星地高速量子密鑰分發實驗是「墨子號」量子衛星的科學目標之一。

「墨子號」-興隆地面站量子密鑰分發實驗現場圖

潘建偉表示，這一重要成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了可靠的技術基礎。以星地量子密鑰分發為基礎，將衛星作為可信中繼，可以實現地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發範圍擴展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網(如合肥量子通信網、濟南量子通信網、京滬幹線)互聯，可以構建覆蓋全球的天地一體化保密通信網絡。

據微信公眾號「墨子沙龍」報導，為此，《自然》雜誌的審稿人稱讚星地量子密鑰分發成果是 「令人欽佩的成就」（「an impressive achievement」）和「本領域的一個裡程碑」（「it constitutes a milestone in the field」），並斷言「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，並導致公眾媒體極為廣泛的報導」（「I have no doubt that it will attract the interest of scientists working in a variety of fields (including quantum information science and space science), the general public, and lead to very extensive media coverage」）。

地星量子隱形傳態實驗是「墨子號」量子衛星的另一個科學目標之一。彭承志說，這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網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。

「墨子號」-阿里地面站量子隱形傳態實驗現場圖

《自然》雜誌審稿人稱讚「這些結果代表了遠距離量子通信持續探索中的重大突破」（「These results represent an important breakthrough in the quest for quantum communications over long distances」）, 「這個目標非常新穎並極具挑戰性，它代表了量子通信方案現實實現中的重大進步」（「This goal is very challenging and new, and it represent a significant advancement of the realization of quantum communications schemes.」）。

文章的預印本在學術網站arXiv.org上公開後就受到國際科學媒體廣泛關注，比如，自然新聞（Nature news）以「Quantum teleportation is even weirder than you think（量子隱形傳態超乎想像的神秘）」為題進行了報導，BBC新聞分別以「First object teleported to Earth's orbit」和「Teleportation: Photon particles today, humans tomorrow?」為題進行了連續報導，英國《衛報》也以「Beam me up, Scotty! Scientists teleport photons into space」為題進行了相關報導，等等。

「墨子號」量子衛星全部三大既定科學目標的成功實現，為我國在未來繼續引領世界量子通信技術發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。

2016年11月9日，在河北興隆觀測站，「墨子號」量子科學實驗衛星過境，科研人員在做實驗（合成照片）。新華社資料圖

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