從衛(wèi)星到地面,量子密鑰分發(fā);從地面到衛(wèi)星,量子隱形傳態(tài)
“墨子號”,搶占量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)
日前,中國科學(xué)院在京召開新聞發(fā)布會對外宣布,“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星提前并圓滿實(shí)現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標(biāo),為我國在未來繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗(yàn)前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì),聯(lián)合中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國家天文臺、紫金山天文臺、南京天文儀器有限公司、國家空間科學(xué)中心等,在中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)的支持下,利用“墨子號”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,在國際上首次成功實(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8月10日同時(shí)在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。這是繼先前在國際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)的研究成果發(fā)表在《科學(xué)》雜志之后,我國科學(xué)家利用“墨子號”量子衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)的空間量子物理研究另外兩項(xiàng)重大突破。
中國科學(xué)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(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的大門,為我國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn),成為國際同行的標(biāo)桿,實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。
量子保密通信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
通信安全是國家信息安全和人類經(jīng)濟(jì)社會生活的基本需求。千百年來,人們對于通信安全的追求從未停止。然而,基于計(jì)算復(fù)雜性的傳統(tǒng)加密技術(shù),在原理上存在著被破譯的可能性。隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算能力的不斷提升,經(jīng)典密碼被破譯的可能性與日俱增。
潘建偉說:“通過量子通信可以解決這個(gè)問題。也就是說,把量子物理與信息技術(shù)相結(jié)合,利用量子調(diào)控技術(shù),用一種革命性的方式對信息進(jìn)行編碼、存儲、傳輸和操縱,從而在確保信息安全、提高運(yùn)算速度、提升測量精度等方面突破經(jīng)典信息技術(shù)的瓶頸。”
通常認(rèn)為,量子通信主要研究內(nèi)容包括量子密鑰分發(fā)(量子保密通信)和量子隱形傳態(tài)。
量子密鑰分發(fā)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。
“通俗來講,量子密鑰分發(fā),就好比一個(gè)人想要傳遞秘密給另外一個(gè)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(dòng)過,傳送者會立刻發(fā)現(xiàn),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。
那么,為什么鑰匙被別人一碰,就能立刻被知曉呢?
因?yàn)?,科學(xué)家利用量子有多個(gè)疊加態(tài)的原理,用量子作為密鑰。這樣一來,一旦有人試圖截獲或測試量子密鑰,就會改變量子狀態(tài),科學(xué)家便能立刻從改變中發(fā)現(xiàn)有人動(dòng)了鑰匙。所以,利用量子不可克隆和不可分割的特性,就能實(shí)現(xiàn)無條件安全的通信方式。
量子通信的另一重要內(nèi)容量子隱形傳態(tài),是利用量子糾纏特性可以將物質(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,通過隱形傳輸實(shí)現(xiàn)信息傳遞。遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)是實(shí)現(xiàn)分布式量子信息處理網(wǎng)絡(luò)的基本單元。
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