全球首创「量子星」建保密通信体系 激光传输量

2016-08-08
在保密通信领域,量子通信是迄今为止唯一被严格证明「无条件安全」的通信方式。通过量子通信,人们可以从根本上解决国防、金融、政务等领域的信息安全问题。量子通信被认为是最有可能引发军事、经济、社会领域又一次关键技术革命的领域。

量子科学实验卫星在轨示意图。中科院国家空间科学中心提供

  天地一体联接亚欧

  中国制造的首颗量子科学实验卫星预计本月中旬在酒泉卫星发射中心升空。如果这颗卫星成功发射,中国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。未来,中国还将构建一个天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。按规划,中国预计在2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发,届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。

  三大任务全球首次

  吴季表示,量子科学实验卫星在轨期间要完成三大任务。包括卫星和地面绝对安全量子密钥分发、验证太空贝尔不等式和实现地面与卫星之间量子的隐形传态,这些科学目标都是非常前沿的。日本现准备做单方向的量子密钥传输,加拿大也有类似计划,欧洲在地面上已经将量子纠缠分发做到了接近100公里,「但在太空进行量子科学实验,中国将是第一个」。

  发射接收超高精度

  上述这些实验,都将通过中国自主研发的星地量子通信设备完成。用尽量通俗的语言形容是,量子通信设备能够产生经过编码的、甚至是纠缠的光子并发射到地面上,与之对接的地面系统则负责「接收光子」,而这种被称为「针尖对麦芒」的光子的发射和接收需要超高精度的瞄准、捕获和跟踪。

  已经在地面上进行过的量子通信实验,为何还要在太空中进行?吴季表示,在地面上的实验,传递的距离受到限制,这令实验尚存在一些争议。到太空做实验就是要把一对纠缠的光子拉得特别远,超过1,000公里。「这个实验如果能做成功,对基础科学会有很大的影响,所以非常值得做。」吴季说,卫星在飞行的过程中,所携带的2个激光器要分别瞄准2个地面站,向2个方向同时传输纠缠量子对。中国科研人员采用一系列创新技术,使得量子卫星的对准精度可达普通卫星的10倍。中国的研制团队已在地面上做过模拟仿真实验,但还要到上天后才能知道最终成功与否。


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