中國“墨子號”衛星實現量子安全時間傳遞奠定未來導航基礎

近期，中科院院士、中國科學技術大學教授潘建偉與同事彭承志、徐飛虎等人利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在國際上首次實現了量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，精度達到30皮秒（1皮秒等於1萬億分之一秒）的世界先進水準，為未來構建安全的衛星導航系統奠定基礎。日前國際知名學術期刊《自然·物理》發表了該成果。

高精度的時間傳遞，是人們日常生活中使用導航、定位等應用的核心技術。近年來，時間傳遞的安全性越來越受關注，計算機網絡、金融交易市場、電力能源網絡等系統都需要統一的時間基準，如果這些系統遭受到數據篡改、信號欺騙等惡意攻擊，引起的時間錯誤將會導致網絡崩潰、導航失準等重大事故。

潘建偉團隊研究認為，量子通信技術可以帶來新的解決方案，基於量子的“不可克隆”原理，以單光子量子態為載體的時間傳遞技術可以從根本上保證信號傳輸過程的安全性。近期，他們在國際上首次提出了“基於雙向自由空間量子密鑰分發技術的量子安全時間同步方案”，將單光子量子態同時作為時間傳遞和密鑰分發的信號載體，進行時間同步和密鑰生成。用這個過程中生成的密鑰來加密經典時間數據，從而實現時間數據的安全傳輸。

利用“墨子號”量子科學實驗衛星，潘建偉團隊突破了星地單光子時間傳遞、高速率星地雙向異步鐳射時間應答器等技術難點，實現了星地量子安全時間同步的技術驗證，獲得了30皮秒精度的星地時間傳遞，此精度達到了星地鐳射時間傳遞的世界先進水準。

這項研究得到了《自然·物理》審稿人的高度評價，認為在空間量子實驗領域又一次超越了現有技術水準，研究成果對量子技術的實用化非常重要，將顯著推動量子精密測量相關領域的研究和應用。