步开展相关工作。”“我们希望通过10年左右的努力,最终能够构建完整的空地一体广 域量子通信网络体系,在国防、政务、金融和能源等领域广泛应用,并与经典通信网络实现 无缝对接,推动形成具有国际引领地位的战略性新兴产业和下一代国家信息安全生态系统。 也希望进一步探索对广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验。”“如果国家支持发 射多颗量子通信卫星,那么有希望到2030年左右,建成全球化的广域量子通信网络。” (2017年08月10日新华社) 材料二: 近日,《自然》( Nature)杂志的物理科学主编卡尔·齐姆勒斯感慨“这(“墨子号”成 功实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态)是十分令人激动的消 息”,并给出评价:“以前人们会说量子技术的极限在天边,但这说法其实有些保守了” 潘建伟团队这些实验中,量子技术就已经突破“天空的限制”,并将应用型量子通信技术方 面的研究提升到如此的“天文高度” 、量子密钥分发 与经典通信不同,量子密钥分发通过量子态的传输,在遥远两地的用户,可共享无条件 安全的密钥,利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密一一这是目前人类唯一已知的不可 窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。 这其中一个重要的研究内容,就是量子密钥分发。所谓密钥分发实验,要以量子力学一些“原 理”的成立为前提。比如,“量子不可克隆定理、量子不可分割”,使得“存在窃听必然被 发现”,而量子的“一次一密,完全随机”,又让“加密内容不可破译”成为现实。 卡尔·齐姆勒斯也提到,量子密钥是保障通信极高保密性的关键。他说,“在没有密钥的情 况下,是无法读到这些通信的,如果有他人窃听了你的密钥,量子力学的原理保证了你一定 会知道,从而你通信的安全性又上了一层楼。” 如今,这种量子密钥分发的设想,在更远的距离即千公里级完成了实验。 具体来看,量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号,地面接收的方式,“墨子号”量 子卫星过境时,与河北兴隆地面光学站建立光链路,通信距离从645公里到1200公里。 根据“墨子号”实验结果,在1200公里通信距离上,卫星上量子诱骗态光源平均每秒 发送4000万个信号光子,一次过轨对接实验可生成300kbit的安全密钥,平均成码率可达 1. kbps. 这些数据背后有一个对比结果,即“星地量子密钥”的传输效率,比传统的技术一一也 就是同等距离地面光纤信道,要高出20个数量级,即提升万亿亿倍 第6页共16页
第 6 页 共 16 页 一步开展相关工作。”“我们希望通过 10 年左右的努力，最终能够构建完整的空地一体广 域量子通信网络体系，在国防、政务、金融和能源等领域广泛应用，并与经典通信网络实现 无缝对接，推动形成具有国际引领地位的战略性新兴产业和下一代国家信息安全生态系统。 也希望进一步探索对广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验。”“如果国家支持发 射多颗量子通信卫星，那么有希望到 2030 年左右，建成全球化的广域量子通信网络。” （2017 年 08 月 10 日新华社） 材料二： 近日，《自然》（Nature）杂志的物理科学主编卡尔·齐姆勒斯感慨“这（“墨子号”成 功实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态）是十分令人激动的消 息”，并给出评价：“以前人们会说量子技术的极限在天边，但这说法其实有些保守了”， 潘建伟团队这些实验中，量子技术就已经突破“天空的限制”，并将应用型量子通信技术方 面的研究提升到如此的“天文高度”。 一、量子密钥分发 与经典通信不同，量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户，可共享无条件 安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密——这是目前人类唯一已知的不可 窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。 这其中一个重要的研究内容，就是量子密钥分发。所谓密钥分发实验，要以量子力学一些“原 理”的成立为前提。比如，“量子不可克隆定理、量子不可分割”，使得“存在窃听必然被 发现”，而量子的“一次一密，完全随机”，又让“加密内容不可破译”成为现实。 卡尔·齐姆勒斯也提到，量子密钥是保障通信极高保密性的关键。他说，“在没有密钥的情 况下，是无法读到这些通信的，如果有他人窃听了你的密钥，量子力学的原理保证了你一定 会知道，从而你通信的安全性又上了一层楼。” 如今，这种量子密钥分发的设想，在更远的距离即千公里级完成了实验。 具体来看，量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，地面接收的方式，“墨子号”量 子卫星过境时，与河北兴隆地面光学站建立光链路，通信距离从 645 公里到 1200 公里。 根据“墨子号”实验结果，在 1200 公里通信距离上，卫星上量子诱骗态光源平均每秒 发送 4000 万个信号光子，一次过轨对接实验可生成 300kbit 的安全密钥，平均成码率可达 1.1kbps。 这些数据背后有一个对比结果，即“星地量子密钥”的传输效率，比传统的技术——也 就是同等距离地面光纤信道，要高出 20 个数量级，即提升万亿亿倍
《自然》杂志的审稿人称赞星地量子密钥分发成果是“令人钦佩的成就”和“本领域的 个里程碑”,并称“毫无疑问将引起量子信息、空间科学等领域的科学家和普通大众的高度 兴趣,并导致公众媒体极为广泛的报道” 、量子隐形传态 《自然》杂志8月10日发表的另一篇潘建伟团队文章,则是关于量子隐形传态,它利 用量子纠缠,可以将物质的未知量子态,精确传送到遥远地点,而物体本身却不需要移动。 在卡尔·齐姆勒斯看来,这是量子力学中“最著名却神秘莫测”的方面。他说,在这个实验 中,潘建伟团队展示了如何用处于纠缠态的光子,来实现这一点。 具体来看,“墨子号”量子卫星过境时,与海拔5100m的西藏阿里地面站建立光链路。地面 光源每秒产生8000个“量子隐形传态事例”,地面向卫星发射纠缠光子,实验通信距离从 500公里到1400公里,所有6个待传送态,均以大于99.7%的置信度超越经典极限。 按照潘建伟的说法,假设在同样长度的光纤中重复这一工作,需要3800亿年一一也就是宇 宙年龄的20倍,才能观测到1个事例。 《自然》杂志审稿人称,“这些结果代表了远距离量子通信持续探索中的重大突破 “这个目标非常新颖并极具挑战性,它代表了量子通信方案现实实现中的重大进步” 三、量子纠缠分发 在今年在6月16日,中国率先实现“千公里级”星地双向量子纠缠,潘建伟介绍,“墨 子号”量子科学实验卫星过境时,同时与青海德令哈站和云南丽江站两个地面站建立光链 路,量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的总距离平均达2000公里。卫星上的纠缠源载荷 每秒产生800万个纠缠光子对,建立光链路可以以每秒1对的速度在地面超过1200公里的 两个站之间建立量子纠缠,千公里的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的 量子力学非定域性检验。 “该量子纠缠的传输衰减仅仅是同样长度最低损耗地面光纤的一万亿分之一。如果用过 去的方法,需要三万年才能送一个纠缠的光子到千公里以外,现在用量子卫星能做到每秒送 1个了。”潘建伟说,虽然这个数量还是有点“不够用”,但至少从原理上已经实现了,以 后再慢慢扩大传输量,就能实现用量子传递大量的信息了 中科院院长、党组书记白春礼表示,“墨子号”全部既定科学目标提前完成,为项目本 身画上了一个圆满的句号。与此同时,“墨子号”也开启了全球化量子通信、空间量子物理 学和量子引力实验检验的大门,为我国在国际上抢占了量子科技创新制高点,成为了国际同 行的标杆,实现了“领跑者”的转变。目前,奥地利己经与中科院科研团队展开合作,德国、 第7页共16页
第 7 页 共 16 页 《自然》杂志的审稿人称赞星地量子密钥分发成果是 “令人钦佩的成就”和“本领域的一 个里程碑”，并称“毫无疑问将引起量子信息、空间科学等领域的科学家和普通大众的高度 兴趣，并导致公众媒体极为广泛的报道”。 二、量子隐形传态 《自然》杂志 8 月 10 日发表的另一篇潘建伟团队文章，则是关于量子隐形传态，它利 用量子纠缠，可以将物质的未知量子态，精确传送到遥远地点，而物体本身却不需要移动。 在卡尔·齐姆勒斯看来，这是量子力学中“最著名却神秘莫测”的方面。他说，在这个实验 中，潘建伟团队展示了如何用处于纠缠态的光子，来实现这一点。 具体来看，“墨子号”量子卫星过境时，与海拔 5100m 的西藏阿里地面站建立光链路。地面 光源每秒产生 8000 个“量子隐形传态事例”，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离从 500 公里到 1400 公里，所有 6 个待传送态，均以大于 99.7%的置信度超越经典极限。 按照潘建伟的说法，假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要 3800 亿年——也就是宇 宙年龄的 20 倍，才能观测到 1 个事例。 《自然》杂志审稿人称，“这些结果代表了远距离量子通信持续探索中的重大突破”， “这个目标非常新颖并极具挑战性，它代表了量子通信方案现实实现中的重大进步”。 三、量子纠缠分发 在今年在 6 月 16 日，中国率先实现“千公里级”星地双向量子纠缠，潘建伟介绍，“墨 子号”量子科学实验卫星过境时，同时与青海德令哈站和云南丽江站两个地面站建立光链 路，量子纠缠光子对从卫星到两个地面站的总距离平均达 2000 公里。卫星上的纠缠源载荷 每秒产生 800 万个纠缠光子对，建立光链路可以以每秒 1 对的速度在地面超过 1200 公里的 两个站之间建立量子纠缠，千公里的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的 量子力学非定域性检验。 “该量子纠缠的传输衰减仅仅是同样长度最低损耗地面光纤的一万亿分之一。如果用过 去的方法，需要三万年才能送一个纠缠的光子到千公里以外，现在用量子卫星能做到每秒送 1 个了。”潘建伟说，虽然这个数量还是有点“不够用”，但至少从原理上已经实现了，以 后再慢慢扩大传输量，就能实现用量子传递大量的信息了。 中科院院长、党组书记白春礼表示，“墨子号”全部既定科学目标提前完成，为项目本 身画上了一个圆满的句号。与此同时，“墨子号”也开启了全球化量子通信、空间量子物理 学和量子引力实验检验的大门，为我国在国际上抢占了量子科技创新制高点，成为了国际同 行的标杆，实现了“领跑者”的转变。目前，奥地利已经与中科院科研团队展开合作，德国