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7月13日,记者从中国科技大学获悉,由于在远程量子通信特别是“墨子”量子卫星方面的一系列开创性工作,该校潘和他的同事彭承志,陆和曹应邀在《现代物理评论》上发表了题为“基于墨子卫星的空间量子实验”的综述性论文。

《现代物理评论》是国际物理学界最权威的评论期刊,每年仅发表约40篇学术论文。本期刊一般不接受无偿投稿,主要邀请在各个领域取得重大成就的物理学家撰写,旨在对当今物理学研究的重大热点问题进行历史总结、原理阐述、现状分析和趋势预测。

这篇46页的综述文章全面介绍了近20年来国际空间量子科学研究的成果,从早期的关键技术研究入手,重点介绍了“墨子”量子科学实验卫星,包括六大系统量子科学实验卫星的建设和发展,包括卫星系统和科学应用系统,对卫星在轨后的系统科学研究成果进行分析,为国际学术界提供有价值的信息。

本文从立项、开发、研制、应用等方面系统地阐述和总结了量子信息论的基本概念,早期量子通信和量子信息相关理论实验,面向卫星的地面大规模空间验证实验,以及“墨子”卫星,在轨运行,最终在全球率先完成一系列星地量子科学实验。同时,本文还对国际空间量子科学的研究进展进行了梳理。

基于量子物理的基本原理,量子通信克服了经典加密技术固有的安全风险。它是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,能够从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。量子通信通常使用单光子作为物理载体,最直接的传输方式是光纤或近地自由空间信道。

由于外层空间几乎是真空,光信号的吸收损耗几乎为零,因此借助卫星可以大大延长量子通信距离。进入21世纪以来,这一方向已成为国际学术界激烈竞争的焦点。

潘的团队为实现星地量子通信进行了一系列开创性的实验研究。2003年,该团队提出了利用卫星实现星间量子通信的方案,并建立了全球量子安全通信网络。然后,在2004年,它在世界上首次实现了水平距离为13公里(大于大气垂直厚度)的自由空间中的双向量子纠缠分布,验证了通过大气进行量子通信的可行性。2011年底,中科院战略引领科技项目“量子科学实验卫星”正式获批。2012年,以潘为首的中科院联合研究团队在青海湖首次实现了100公里的双向量子纠缠分布和量子隐形传态,充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。2013年,中科院联合研究团队在青海湖实现了模拟星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发实验,全面验证了星地量子密钥分发的可行性。随后,该团队经过艰苦研究和克服各种困难,成功研制出“墨子”量子科学实验卫星。

2016年8月16日,墨子卫星在酒泉卫星发射中心发射。经过四个月的在轨测试,该卫星于2017年1月18日正式交付科学实验。