7月27日中午,由合肥国家实验室,中国科学技术大学,中国科学院上海技术物理研究所,中国科学院上海微小卫星创新研究院和济南量子技术研究院共同开发的世界第一颗量子微纳卫星成功发射了酒泉卫星发射中心的“力箭1”运载火箭。卫星的科学目标是世界上首次实现基于微纳卫星和小型地面站之间的实时星地量子密钥分发,为构建低成本实用化的天地一体化广域量子保密通信网络奠定了基础。
20世纪物理学有两个非常重要的发现:一个是每个人都熟悉的爱因斯坦相对论,另一个是科学家普朗克年提出的量子理论。当然,熟悉的爱因斯坦也是量子领域的创始人之一。他的第一个诺贝尔奖与量子有关,他发现了光电效应。
近期,《英国自然》杂志发表了一项令人兴奋的成就,使所有量子密码学家都感到满意:他们的最终梦想是称为“无法破译的密码”的量子密钥分发技术。同时突破两个瓶颈-首次通过物理原理确保卫星传输密钥的安全问题;现场点对点密钥分发的安全距离从公里增加到0公里。
在太空中运营的过去几年中,“墨子号”除了按照计划完成既定任务外,还完成了许多扩展实验,并且仍处于超期服役:借助位于高空轨道上的“墨子号”,人类首次完成了量子密钥分发和量子纠缠分发的科学实验。
“尽管这离实用还很远,但我们首先确保实验生产的密钥不依赖可信中继,并保证技术的实际安全性。”中科院专家潘建伟解释说,如果将这项技术与最新开发的量子纠缠源技术相结合,未来卫星上每秒可产生10亿对纠缠光子。
“如果可以发射几颗低轨卫星,那么建立量子星座会更好。”潘建伟说,加拿大科学家已经计算出,如果使用建造地面中继站的方法来构建定量保密通信,则更适合城市之间;远距离传输采用卫星更加经济。
我国科研团队成功建立了世界首个综合的广域量子通信网络,实现了跨越公里的全面通讯链路距离,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学的和技术基础。
因为要最终实现实用和全球化的量子通信网络,满足日益增长的数字以及不同实际需求的用户的需求,就必须科学地部署高轨定向卫星,低轨道定向通信卫星星座和大规模地面光纤定发。
“墨子”量子隐形传态实验使用地面发射纠缠光子和接收天上的方法。
以此为基础,卫星是可信赖的中继者,可以实现地球上任何两点之间的密钥共享,并将量子密钥分发范围扩展到覆盖世界。
同时,它将为未来大规模进行量子网络和量子通信实验研究以及对外太空广义相对论,量子引力等物理学基本原理的研究奠定可靠的技术基础。
年诺贝尔奖风向标的“沃尔夫物理学奖”在获奖者介绍中特别提到:“量子密钥分发已成功实现商业化。光纤可以达到数百公里,卫星可达数千公里。”