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中国量子通信技术达到全面领先地位

2017-08-10 作者:喻菲 出处: 新华网 责编:谢伟
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  新华社北京8月10日电(记者 喻菲)中国完全自主研制的世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现了千公里级的星地双向量子通信,在不到一年的时间内完成了原计划开展两年的科学实验目标。

  中国科学院院长白春礼说,这标志着中国量子通信研究在国际上达到全面领先的优势地位。

  据介绍,中国科学家利用“墨子号”开展的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,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础,同时向着空间尺度的量子物理和量子引力的实验探索迈出了第一步。

  

  “墨子号”开展量子密钥分发,2017年5月摄于乌鲁木齐南山,多张照片合成了卫星过境全貌。(中科院供图)

  中国科学家最新的两项实验成果8月10日同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。这是“墨子号”科学团队继6月16日在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验的研究成果发表在《科学》杂志之后,取得的另外两项重大突破。

  《自然》杂志物理科学主编卡尔·齐姆勒斯说,这些论文的发表意味着潘建伟和其研究团队顺利完成了三项量子实验,这些研究将会是任何基于卫星构建的全球量子网络的核心组成部分。

  

  2016年12月22日 丽江量子通信地面站望远镜发射红色信标光,“等待”“墨子号”过境。新华社记者 金立旺 摄

  他说,这一系列实验表明,量子技术已经突破了天空的限制。同时这也是中国在物理学方面的投入及努力的证明,正因为有了这样的投入与努力,该研究团队才能够将有实用的量子通信技术研究提升到如此高度。

  “墨子号”是2016年8月16日在酒泉卫星发射中心,由长征二号丁运载火箭送入500公里高的太阳同步轨道。这颗卫星被起名为“墨子号”,是为了纪念2000多年前崇尚科学的中国古代思想家墨子。他是世界上第一位开展光学实验的科学家。

  

  2016年8月16日,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星发射升空。 新华社记者 金立旺摄

  中国科学家原计划在量子卫星两年的设计寿命中完成星地高速量子密钥分发实验;在相距1200公里的尺度上测试被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象;在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间实现量子隐形传态实验。而在不到一年的时间里,“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部科学目标,系列成果赢得了巨大国际声誉。

  量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说,这表明中国正从经典信息技术的跟随者,转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。

  

  潘建伟和量子卫星(贺萌绘图)

  安全的量子通信在国防、军事、金融等领域应用前景广阔。专家预测,量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。

  白春礼说,“墨子号”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,为中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。

  他说,目前奥地利已经与中科院科研团队展开合作,德国、意大利等国家的科研团队也申请加入,领跑的量子卫星所产生的聚合效应已经显现。

  

  2016年11月28日,在河北兴隆观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。 新华社记者 金立旺 摄

  据介绍,在完成既定科学任务后,“墨子号”也制定了后续拓展实验计划,包括基于纠缠的量子密钥、全天时量子通信等。预计在卫星设计寿命期内,还将有更多的科学成果陆续发布。

  白春礼说:“创新永无止境,也容不得半点懈怠,不进则退,慢进也是退。目前,我们在量子通信研究领域保持着领跑优势,但竞争日趋激烈。美国已经发布了新的量子科研计划,欧盟、日本也在加紧研究,在新一轮的科研比拼中,我们面临的形势之严峻和压力之大,都将超过以往。希望‘墨子号’实验团队,以及更多的科研工作者,把握机遇,以时不我待的精神,艰苦奋斗,勇攀高峰,服务国家,造福人民。”

  

  2016年12月22日,在云南丽江观测站,潘建伟(前排右二)、王建宇(前排左一)、彭承志(后排右一)等科研人员在做实验。 新华社记者 金立旺 摄

  他说,除了“墨子号”量子卫星外,中科院在“十二五”启动实施的空间科学战略性先导专项中其他三颗卫星均已成功发射,“悟空号”暗物质粒子探测卫星、实践十号返回式科学实验卫星、“慧眼号”硬X射线调制望远镜卫星均获得了大量科学数据,相关科学成果将陆续发布。

  白春礼透露,中科院在空间科学先导专项中对“十三五”、“十四五”期间的科学卫星进行了安排和部署,这些计划聚焦当前国际重大基础科学前沿,包括宇宙的起源、黑洞、引力波、系外行星探测、太阳系资源勘探、太阳爆发机理、地球空间爆及其粒子逃逸、水循环和全球变化的关系等,其中中科院与欧洲航天局联合支持的太阳风-磁层相互作用全景成像卫星(SMILE)已经立项实施,爱因斯坦探针卫星(EP)、先进天基太阳天文台卫星(ASO-S)已经启动立项综合论证。

  他说,中科院通过这些项目的实施,力争使中国在基础科学研究领域实现更多的重大突破,同时带动航天技术的发展,为将中国早日建成世界科技强国做出重要的和不可替代的贡献。

  附:《自然》物理科学主编评论的全文

  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,我叫卡尔·齐姆勒斯(Karl Ziemelis),我是《自然》的物理科学主编。我希望借此机会表达我们对于本周出版的两篇《自然》论文的激动之情。

  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.

  这两篇论文的发表意味着潘建伟教授和他的研究团队顺利完成了三项量子实验的展示,这些实验将会是全球任何基于空间的量子网络的核心组成部分。

  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.

  这是十分令人激动的消息。就在几周前,该团队宣布他们使用量子实验通信卫星“墨子号”在地球上相隔甚远的两地之间分发了一对处于纠缠态的光子。

  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.

  这听起来很高深,但是,正是这种无论距离多远,都能在相互纠缠的光子之间保持量子力学的微妙联系的能力赋予了量子通信网络特殊的属性。

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

  其中两条属性在这两篇最新《自然》论文中完美地呈现了。

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

  在第一篇论文中研究团队用相互纠缠的光子安全地传送了至关重要的量子密钥,量子密钥是保障通讯极高保密性的关键。

  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.

  在没有密钥的情况下是无法读到这些通讯的,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,从而你通讯的安全性又上了一层楼。

  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.

  在第二个实验中研究团队展示了如何用处于纠缠态的光子来实现量子力学中最著名却神秘莫测的方面——量子隐形传态。

  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.

  研究团队通过量子隐形传态,远距离地将从一个位于地球或太空的物体的量子态信息传送给另一个在地球或太空的物体,而物体本身却不需要移动。

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

  以前人们会说量子技术的极限在天边,但这说法其实有些保守了。

  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.

  最近发表的这些实验中量子技术已经突破了天空的限制,同时也是中国在物理科学方面的投资及努力的证明,正因为有了这些投资与努力,该研究团队才能够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。

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

  所以我希望你们会喜欢他们的论文,谢谢。

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