原创 徐德文 2017-06-16 16:05
中国量子通讯领军人物潘建伟教授的论文再上《科学》头条，在最近的密钥分发测试中，墨子号卫星成功地将光子分发到相距1203公里的德令哈和丽江地面站，首次在千公里级别上实现了量子密钥传输，大踏步走在了世界的前列。潘建伟雄心勃勃地说，我认为我们已经开启了一场全球性的量子通信竞赛。
量子密钥分发以前一直依赖于光纤线路或空中传输，一旦超过200公里就会因损耗而完全失效，去年建成的中国北京到上海的量子保密通信干线“京沪干线”，每隔100公里就必须建立一个中继站，有可能成为未来黑客攻击的重点目标。而在太空中，则几乎没有什么东西来干扰量子信号，所以未来的量子互联网，必定是建立在地面网络和卫星联网的基础上。
但要通过卫星实现密钥分发也是非常困难的。由于卫星高度达500公里，要让信号被相距千里的两个地面站同时接收，时间窗口只有5分钟，而且必须是在晚上，因为白天明亮的阳光将灾难性地淹没量子信号。另外卫星以8公里/秒的速度高速飞行，要想把信号准确地传送到地面站，就相当于在飞机上把一枚硬币投进地上的存钱罐里。
墨子号复杂的光学设备解决了这一问题，通过一种特殊晶体发出的高能激光，可以准确地把量子信息分发到相距上千公里的地面站。然而还有一个困难，由于大气中云层、尘埃和湍流的影响，卫星上产生的绝大多数光子并不能到达目标，每秒钟产生的上千万对光子中，仅有一对能成功地被地面设备捕捉到！但这已足够完成测试了，到达后的光子保存了量子密钥所需要的量子特性。另外墨子号还可用于在太空和大尺度距离上观测纠缠粒子的行为，可以洞察时空的本质和检验爱因斯坦的广义相对论的有效性。
各国科学家都对这一成果表示赞赏。数学家阿图尔·埃克特说，中国的实验是一个相当了不起的技术成就。上世纪九十年代在牛津大学量子信息学院读书时他就提出了密码学的光子配对方案，他自嘲地说，当我提出这个想法时，没想到它会被提升到如此高的高度。来自新加坡国立大学的Alex Ling是一位竞争对手，他的第一颗量子迷你卫星在2014年发射后不久就爆炸了，但他对墨子号给予了慷慨的赞扬：“这个实验绝对是一个技术上的杰作，它预示着量子通信能力的新纪元。”
潘建伟的团队即将奔赴奥地利，和他的导师、维也纳大学的安东·蔡林格教授合作，在奥地利和中国之间通过墨子号测试量子密钥分发，看看能否在洲际间建立量子通信。基于量子密钥分发的高保密性通信及互联网离我们已越来越近，而这一次，中国将走在世界的最前面。
本文各项数据基本来自BBC最新报道，仅作参考。
http://www.bbc.com/news/science-environment-40294795
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