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中国成功发射世界首个量子卫星“墨子号”

2016年08月16日 07:31 来源于 财新网
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“墨子号”将率先探索星地量子通信可能性,并将首次在空间尺度验证量子理论的真实性
资料图:“墨子号”动画演示效果图 图自央视截屏

  【财新网】(记者 崔筝 于达维)2016年8月16日1时40分,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空。这将使中国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

  新华社在今天凌晨播发这一消息时还说,“墨子号”将率先探索星地量子通信可能性,并将首次在空间尺度验证量子理论的真实性。

  量子通信密不可破

  量子卫星首席科学家、中科院院士潘建伟对新华社介绍,量子通信的安全性基于量子物理基本原理,单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解,从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全,可从根本上、永久性解决信息安全问题。

  量子通信系统的问世将有助于建造“绝对安全”通信系统。当前,量子通信的实用化和产业化已经成为各个大国争相追逐的目标。

  目前,中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列,在城域量子通信技术方面也走在了世界前列,建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网,“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。

  然而,要实现远距离甚至全球量子通信,仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。

  潘建伟解释,由于量子的信息携带者光子在光纤里传播一百公里之后大约只有1‰的信号可以到达最后的接收站,所以光纤量子通信达到百公里量级就很难再突破。但光子穿透整个大气层后却可以保留80%左右,再利用卫星的中转,就可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。

  然而,量子通信虽然能够保证安全,却可能面临牺牲通信稳定性的挑战。上海大学理学院副教授、密码专家曹正军告诉财新记者,在有敌手窃听的情况下,量子通讯无法保证接收方获得正确的信号,也就是说,信号安全与通讯系统的稳定性是不兼容的。量子通讯从物理上剥夺了敌手窃取信号的能力,但敌手的窃听行为可能会直接破坏量子信号。

  曹正军指出, 量子通讯的信号安全在一定程度上是以牺牲通讯的稳定性为代价的。

  “墨子号”潜力巨大

  量子卫星2011年12月立项,是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。其主要科学目标一是进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,在空间尺度验证量子力学理论。

  全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”,缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照对《墨经》的研究,其中有不少与现代科学知识相通的记载,比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。

  “墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一,而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说,墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播,并设计了小孔成像实验,奠定了光通信、量子通信的基础。“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样,以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星,将提升我国的文化自信。”

  除了天上的卫星,工程还建设了南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统,与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。

  潘建伟表示,“墨子号”发射以后,如果效果达到预期,下一步还计划发射“墨子二号”“墨子三号”。“单颗低轨卫星无法覆盖全球,同时由于强烈的太阳光背景,目前的星地量子通信只能在夜间进行。要实现高效的全球化量子通信,还需要形成一个卫星网络。”

  到2030年左右,中国力争率先建成全球化的广域量子保密通信网络。在此基础上,构建信息充分安全的“量子互联网”,形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统。

版面编辑:王丽琨
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