中國量子通信技術達到全面領先地位

2017-08-11 09:02:21|來源:新華社|編輯:謝偉 |責編:韓俁

  新華社北京8月10日電:中國完全自主研製的世界上第一顆量子科學實驗衛星“墨子號”在國際上首次成功實現了千公里級的星地雙向量子通信,在不到一年的時間內完成了原計劃開展兩年的科學實驗目標。

  中國科學院院長白春禮說,這標誌著中國量子通信研究在國際上達到全面領先的優勢地位。

  據介紹,中國科學家利用“墨子號”開展的衛星到地面的量子密鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態,為構建覆蓋全球的量子保密通信網路奠定了堅實的科學和技術基礎,同時向著空間尺度的量子物理和量子引力的實驗探索邁出了第一步。

“墨子號”開展量子密鑰分發,2017年5月攝于烏魯木齊南山,多張照片合成了衛星過境全貌。(中科院供圖)

  中國科學家最新的兩項實驗成果8月10日同時線上發表在國際權威學術期刊《自然》雜誌上。這是“墨子號”科學團隊繼6月16日在國際上率先實現千公里級星地雙向量子糾纏分發和量子力學非定域性檢驗的研究成果發表在《科學》雜誌之後,取得的另外兩項重大突破。

  《自然》雜誌物理科學主編卡爾·齊姆勒斯說,這些論文的發表意味著潘建偉和其研究團隊順利完成了三項量子實驗,這些研究將會是任何基於衛星構建的全球量子網路的核心組成部分。

2016年12月22日 麗江量子通信地面站望遠鏡發射紅色信標光,“等待”“墨子號”過境。新華社記者 金立旺 攝

  他說,這一系列實驗表明,量子技術已經突破了天空的限制。同時這也是中國在物理學方面的投入及努力的證明,正因為有了這樣的投入與努力,該研究團隊才能夠將有實用的量子通信技術研究提升到如此高度。

  “墨子號”是2016年8月16日在酒泉衛星發射中心,由長征二號丁運載火箭送入500公里高的太陽同步軌道。這顆衛星被起名為“墨子號”,是為了紀念2000多年前崇尚科學的中國古代思想家墨子。他是世界上第一位開展光學實驗的科學家。

2016年8月16日,中國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星發射升空。 新華社記者 金立旺攝

  中國科學家原計劃在量子衛星兩年的設計壽命中完成星地高速量子密鑰分發實驗;在相距1200公里的尺度上測試被愛因斯坦稱為“詭異的”量子糾纏現象;在“世界屋脊”西藏阿堜M衛星之間實現量子隱形傳態實驗。而在不到一年的時間堙A“墨子號”量子衛星提前、圓滿地完成了預先設定的全部科學目標,系列成果贏得了巨大國際聲譽。

  量子衛星首席科學家、中國科學院院士潘建偉說,這表明中國正從經典資訊技術的跟隨者,轉變成未來資訊技術的並跑者乃至領跑者。

  安全的量子通信在國防、軍事、金融等領域應用前景廣闊。專家預測,量子通信技術可能在20至30年後對人類社會發展產生難以估量的影響。

  白春禮說,“墨子號”開啟了全球化量子通信、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門,為中國在國際上搶佔了量子科技創新制高點,成為了國際同行的標桿,實現了“領跑者”的轉變。

  他說,目前奧地利已經與中科院科研團隊展開闔作,德國、義大利等國家的科研團隊也申請加入,領跑的量子衛星所產生的聚合效應已經顯現。

2016年11月28日,在河北興隆觀測站,“墨子號”量子科學實驗衛星過境,科研人員在做實驗(合成照片)。 新華社記者 金立旺 攝

  據介紹,在完成既定科學任務後,“墨子號”也制定了後續拓展實驗計劃,包括基於糾纏的量子密鑰、全天時量子通信等。預計在衛星設計壽命期內,還將有更多的科學成果陸續發佈。

  白春禮說:“創新永無止境,也容不得半點懈怠,不進則退,慢進也是退。目前,我們在量子通信研究領域保持著領跑優勢,但競爭日趨激烈。美國已經發佈了新的量子科研計劃,歐盟、日本也在加緊研究,在新一輪的科研比拼中,我們面臨的形勢之嚴峻和壓力之大,都將超過以往。希望‘墨子號’實驗團隊,以及更多的科研工作者,把握機遇,以時不我待的精神,艱苦奮鬥,勇攀高峰,服務國家,造福人民。”

2016年12月22日,在雲南麗江觀測站,潘建偉(前排右二)、王建宇(前排左一)、彭承志(後排右一)等科研人員在做實驗。 新華社記者 金立旺 攝

  他說,除了“墨子號”量子衛星外,中科院在“十二五”啟動實施的空間科學戰略性先導專項中其他三顆衛星均已成功發射,“悟空號”暗物質粒子探測衛星、實踐十號返回式科學實驗衛星、“慧眼號”硬X射線調製望遠鏡衛星均獲得了大量科學數據,相關科學成果將陸續發佈。

  白春禮透露,中科院在空間科學先導專項中對“十三五”、“十四五”期間的科學衛星進行了安排和部署,這些計劃聚焦當前國際重大基礎科學前沿,包括宇宙的起源、黑洞、引力波、係外行星探測、太陽系資源勘探、太陽爆發機理、地球空間爆及其粒子逃逸、水迴圈和全球變化的關係等,其中中科院與歐洲航太局聯合支援的太陽風-磁層相互作用全景成像衛星(SMILE)已經立項實施,愛因斯坦探針衛星(EP)、先進天基太陽天文臺衛星(ASO-S)已經啟動立項綜合論證。

  他說,中科院通過這些項目的實施,力爭使中國在基礎科學研究領域實現更多的重大突破,同時帶動航太技術的發展,為將中國早日建成世界科技強國做出重要的和不可替代的貢獻。(記者喻菲)

  附:《自然》物理科學主編評論的全文

  Hi I'm Karl Ziemelis. I'm the chief physical sciences editor at Nature. I'd just like to share our excitement on the pair of papers that we are just about to publish.

  大家好,我叫卡爾·齊姆勒斯(Karl Ziemelis),我是《自然》的物理科學主編。我希望借此機會表達我們對於本週出版的兩篇《自然》論文的激動之情。

  With the publication of these two new papers Professor Jianwei Pan and his colleagues have completed their demonstration of a trio of quantum experiments which will be central to any global space-based quantum internet.

  這兩篇論文的發表意味著潘建偉教授和他的研究團隊順利完成了三項量子實驗的展示,這些實驗將會是全球任何基於空間的量子網路的核心組成部分。

  It's very exciting stuff and just a few weeks ago the group announced their use of the experimental quantum communication satellite "Micius" to distribute pairs of entangled photons between distant locations on earth.

  這是十分令人激動的消息。就在幾週前,該團隊宣佈他們使用量子實驗通信衛星“墨子號”在地球上相隔甚遠的兩地之間分發了一對處於糾纏態的光子。

  This may sound quite exotic, but it's the ability to preserve the subtle quantum mechanical linkage between these entangled photons, however far apart they are that gives quantum communications networks their special qualities.

  這聽起來很高深,但是,正是這種無論距離多遠,都能在相互糾纏的光子之間保持量子力學的微妙聯繫的能力賦予了量子通信網路特殊的屬性。

  Two of these qualities are now demonstrated spectacularly in the latest work in this pair of papers.

  其中兩條屬性在這兩篇最新《自然》論文中完美地呈現了。

  In the first paper the authors use the entangled photons to securely distribute the all-important quantum key for enabling ultra-private communications

  在第一篇論文中研究團隊用相互糾纏的光子安全地傳送了至關重要的量子密鑰,量子密鑰是保障通訊極高保密性的關鍵。

  It's impossible to read these communications without the key and what the laws of quantum mechanics enable is they guarantee an extra level of security by telling you if somebody else is intercepting the key.

  在沒有密鑰的情況下是無法讀到這些通訊的,如果有他人竊聽了你的密鑰,量子力學的原理保證了你一定會知道,從而你通訊的安全性又上了一層樓。

  In the second experiments the authors illustrate how these entangled photons can be harnessed to implement one of the most celebrated and yet mysterious aspects of quantum mechanics and that's quantum teleportation.

  在第二個實驗中研究團隊展示了如何用處於糾纏態的光子來實現量子力學中最著名卻神秘莫測的方面——量子隱形傳態。

  And in this way they're able to spookily transmit the information from one object, in this case it's quantum state, on earth or in space space to another object on earth or in space without the need for the objects themselves to move.

  研究團隊通過量子隱形傳態,遠距離地將從一個位於地球或太空的物體的量子態資訊傳送給另一個在地球或太空的物體,而物體本身卻不需要移動。

  I mean you could say that the sky's the limit for quantum technologies but that is a little bit conservative actually

  以前人們會說量子技術的極限在天邊,但這說法其實有些保守了。

  They've gone beyond the sky with these latest experiments. And it's a testament to China's investments and significant efforts in the physical sciences that this group has been able to push research in practical quantum communication technologies to such an astronomical height.

  最近發表的這些實驗中量子技術已經突破了天空的限制,同時也是中國在物理科學方面的投資及努力的證明,正因為有了這些投資與努力,該研究團隊才能夠將應用型量子通信技術方面的研究提升到如此的天文高度。

  So I hope you'll enjoy the work and thank you for your patience。

  所以我希望你們會喜歡他們的論文,謝謝。

 

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