中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队ღ★◈，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组ღ★◈、微小卫星创新研究院ღ★◈、光电技术研究所ღ★◈、国家天文台ღ★◈、紫金山天文台ღ★◈、南京天文仪器有限公司ღ★◈、国家空间科学中心等ღ★◈，在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下ღ★◈，利用“墨子号”量子科学实验卫星ღ★◈，在国际上首次成功实现了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ღ★◈。两项成果于8月10日同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上ღ★◈。这是继先前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[Science 356, 1140 (2017)]之后ღ★◈，我国科学家利用“墨子号”量子卫星实现的空间量子物理研究另外两项重大突破ღ★◈。至此ღ★◈，“墨子号”量子卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标ღ★◈。
量子通信的研究内容之一是量子密钥分发ღ★◈。通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求ღ★◈。千百年来必发官网ღ★◈，人们对于通信安全的追求从未停止公司领导要了我好几次细节ღ★◈。然而ღ★◈，基于计算复杂性的传统加密技术ღ★◈，在原理上存在着被破译的可能性公司领导要了我好几次细节ღ★◈。随着数学和计算能力的不断提升ღ★◈，经典密码被破译的可能性与日俱增ღ★◈。与经典通信不同ღ★◈，量子密钥分发通过量子态的传输ღ★◈，在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥公司领导要了我好几次细节ღ★◈，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密ღ★◈，这是目前人类唯一已知的不可窃听ღ★◈、不可破译的无条件安全的通信方式ღ★◈。量子通信的另一重要内容是量子隐形传态ღ★◈，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ღ★◈，而不用传送物质本身ღ★◈。远距离量子隐形传态是实现分布式量子信息处理网络的基本单元ღ★◈。
量子通信通常采用单光子作为物理载体ღ★◈，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输ღ★◈。但是ღ★◈，这两种信道的损耗都随着距离的增加而指数增加ღ★◈。由于量子不可克隆原理ღ★◈，量子通信的信号不能像经典通信那样被放大ღ★◈，这使得之前量子通信的世界纪录为百公里量级ღ★◈。根据数据测算ღ★◈，通过1200公里的光纤ღ★◈，即使有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器ღ★◈，也需要数百万年才能建立一个比特的密钥ღ★◈。因此ღ★◈，如何实现安全ღ★◈、长距离ღ★◈、可实用化的量子通信是该领域的最大挑战和国际学术界几十年来奋斗的共同目标ღ★◈。
利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点ღ★◈，通过卫星的辅助可以极大扩展量子通信距离ღ★◈。同时ღ★◈，由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势ღ★◈，是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径ღ★◈。从本世纪初以来ღ★◈，该方向已成为了国际学术界激烈角逐的焦点ღ★◈。潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究ღ★◈。2003年ღ★◈，潘建伟团队提出了利用卫星实现星地间量子通信ღ★◈、构建覆盖全球量子保密通信网的方案ღ★◈，随后于2004年在国际上首次实现了水平距离13公里（大于大气层垂直厚度）的自由空间双向量子纠缠分发ღ★◈，验证了穿过大气层进行量子通信的可行性ღ★◈。2011年底必发官网ღ★◈，中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项ღ★◈。2012年ღ★◈，潘建伟领衔的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态ღ★◈，充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性ღ★◈。2013年ღ★◈，中科院联合研究团队在青海湖实现了模拟星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发实验ღ★◈，全方位验证了卫星到地面的量子密钥分发的可行性必发官网必发官网ღ★◈。随后必发ღ★◈，ღ★◈，该团队经过艰苦攻关ღ★◈，克服种种困难公司领导要了我好几次细节ღ★◈，最终成功研制了“墨子号”量子科学实验卫星ღ★◈。“墨子号”卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空公司领导要了我好几次细节必发官网ღ★◈，经过四个月的在轨测试ღ★◈，2017年1月18日正式交付开展科学实验ღ★◈。
星地高速量子密钥分发是“墨子号”量子卫星的科学目标之一ღ★◈。量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号公司领导要了我好几次细节必发唯一登录ღ★◈，地面接收的方式ღ★◈，“墨子号”量子卫星过境时ღ★◈，与河北兴隆地面光学站建立光链路ღ★◈，通信距离从645公里到1200公里必发官方网站ღ★◈。ღ★◈。在1200公里通信距离上ღ★◈，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级（万亿亿倍）ღ★◈。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子ღ★◈，一次过轨对接实验可生成300 kbit的安全密钥ღ★◈，平均成码率可达1.1 kbpsღ★◈。这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础ღ★◈。以星地量子密钥分发为基础ღ★◈，将卫星作为可信中继ღ★◈，可以实现地球上任意两点的密钥共享ღ★◈，将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球ღ★◈。此外ღ★◈，将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网（如合肥量子通信网ღ★◈、济南量子通信网公司领导要了我好几次细节ღ★◈、京沪干线）互联ღ★◈，可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络ღ★◈。
地星量子隐形传态是“墨子号”量子卫星的科学目标之一ღ★◈。量子隐形传态采用地面发射纠缠光子ღ★◈、天上接收的方式ღ★◈， “墨子号”量子卫星过境时ღ★◈，与海拔5100m的西藏阿里地面站建立光链路ღ★◈。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例ღ★◈，地面向卫星发射纠缠光子ღ★◈，实验通信距离从500公里到1400公里ღ★◈，所有6个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限ღ★◈。假设在同样长度的光纤中重复这一工作ღ★◈，需要3800亿年（宇宙年龄的20倍）才能观测到1个事例ღ★◈。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究ღ★◈，以及空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础ღ★◈。
“墨子号”量子卫星全部三大既定科学目标的成功实现ღ★◈，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础ღ★◈。
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