記者從中科院獲悉，我國(guó)科學(xué)家利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，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)。兩項(xiàng)成果于北京時(shí)間10日凌晨同時(shí)在線發(fā)表在《自然》上。至此，“墨子號(hào)”圓滿實(shí)現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標(biāo)。

“墨子號(hào)”是去年8月16日升空、今年1月18日正式交付開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)的。它的第一個(gè)科學(xué)目標(biāo)——在國(guó)際上率先實(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)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，成果于6月16日在《科學(xué)》上發(fā)表?，F(xiàn)在“墨子號(hào)”的另兩個(gè)科學(xué)目標(biāo)再次實(shí)現(xiàn)，中科院院長(zhǎng)白春禮指出，這標(biāo)志著我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究在國(guó)際上全面領(lǐng)先。

當(dāng)今國(guó)際量子通信的研究?jī)?nèi)容之一便是量子密鑰分發(fā)。量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科大教授潘建偉說，傳統(tǒng)的基于計(jì)算復(fù)雜性的加密技術(shù)，在原理上都存在著被破譯的可能。而量子密鑰分發(fā)則是通過量子態(tài)的傳輸，在遙遠(yuǎn)兩地的用戶共享無條件安全的密鑰，利用該密鑰對(duì)信息進(jìn)行一次一密的嚴(yán)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。

量子通信的另一重要內(nèi)容是量子隱形傳態(tài)。它利用量子糾纏可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送物質(zhì)本身。

“墨子號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)之一是星地高速量子密鑰的分發(fā)。據(jù)潘建偉介紹，量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)采用衛(wèi)星發(fā)射量子信號(hào)、地面接收的方式。“墨子號(hào)”過境時(shí)，與河北興隆地面光學(xué)站建立光鏈路，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(gè)數(shù)量級(jí)（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(gè)信號(hào)光子，一次過軌對(duì)接實(shí)驗(yàn)可生成300kbit的安全密鑰，平均成碼率可達(dá)1.1kbps。這一重要成果為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

地星量子隱形傳態(tài)是“墨子號(hào)”的另一科學(xué)目標(biāo)。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(hào)”過境時(shí)，與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，向衛(wèi)星發(fā)射糾纏光子，實(shí)驗(yàn)通信距離從500公里到1400公里，所有6個(gè)待傳送態(tài)均以大于99.7%的置信度超越經(jīng)典極限。假設(shè)在同樣長(zhǎng)度的光纖中重復(fù)這一工作，需要3800億年才能觀測(cè)到1個(gè)事例。這一重要成果為未來開展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)研究，以及空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。

至此，“墨子號(hào)”三大既定科學(xué)目標(biāo)圓滿實(shí)現(xiàn)。

 （記者李大慶）