“墨子号”卫星 实现量子安全时间传递

近期，中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟与同事彭承志、徐飞虎等人利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次实现了量子安全时间传递的原理性实验验证，精度达到30皮秒(1皮秒等于1万亿分之一秒)的世界先进水平，为未来构建安全的卫星导航系统奠定基础。日前国际知名学术期刊《自然·物理》发表了该成果。

高精度的时间传递，是人们日常生活中使用导航、定位等应用的核心技术。计算机网络、金融交易市场、电力能源网络等系统都需要统一的时间基准，如果这些系统遭受到数据篡改、信号欺骗等恶意攻击，引起的时间错误将会导致网络崩溃、导航失准等重大事故。

潘建伟团队研究认为，量子通信技术可以带来新的解决方案，基于量子的“不可克隆”原理，以单光子量子态为载体的时间传递技术可以从根本上保证信号传输过程的安全性。近期，他们在国际上首次提出了“基于双向自由空间量子密钥分发技术的量子安全时间同步方案”，将单光子量子态同时作为时间传递和密钥分发的信号载体，进行时间同步和密钥生成。用这个过程中生成的密钥来加密经典时间数据，从而实现时间数据的安全传输。

利用“墨子号”量子科学实验卫星，潘建伟团队实现了星地量子安全时间同步的技术验证，获得了30皮秒精度的星地时间传递。

苏州大学物理科学与技术学院的方亮教授告诉记者，现实意义中的“纠缠”多半是拧成一个死结一般地抱紧在一起，但在量子的世界里，“纠缠”的概念并没有这么实在，而是宽泛得多：两个粒子，即便距离相隔千里，但依然存在着“纠缠”的关系。这种关系的显著表现，便是相互影响。举个拟人化的例子，一个粒子“站”太平洋的东岸，被人撞到，一个趔趄摔在地上，太平洋西岸的另一个粒子，也会“没来由地”猛地摔了个屁股蹲儿。这种神奇的现象甚至让物理界的大神爱因斯坦也觉得难以置信，于是，他把量子纠缠的运作方式称为“鬼魅般的超距作用”。

“量子纠缠可作为安全信息传输的加密技术，即使两个物体并没有物理连接，甚至它们之间的距离如宇宙长度般遥远，也能瞬时产生影响。”方亮解释，如果把传统电磁波信息基于量子纠缠技术进行加密，分别配发给接收者和发送者，那么电磁波的信息在传递过程中就不可能被窃取。这是因为任何窃取行为，都涉及对量子叠加态的测量，必会引起叠加状态的坍缩，接收者和发送者就能同时得知现在的信息已经被窃听。

“打个比方，一位北京市民要给一位上海市民发送保险箱密码，在量子通信的世界里，这则密码是以‘密码钥匙’的形式，通过‘加密快递’发出的。如果发送的过程中没有遭遇信息拦截或者窃取，那么在北京市民在发送的同时，上海市民就应该可以迅速收到这个‘密码钥匙’。如果信息在路途中窃取了，那么上海市民收到的‘密码钥匙’就会发生变化，北京市民和上海市民都能及时知道，信息已被窃取了。”

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