中国“墨子号”卫星实现量子安全时间传递,奠定未来导航基础

墨子号量子通信卫星模型

新华社合肥5月13日报道: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。近年来,时间传递的安全性越来越受关注,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,潘建伟团队突破了星地单光子时间传递、高速率星地双向异步激光时间应答器等技术难点,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,此精度达到了星地激光时间传递的世界先进水平。

这项研究得到了《自然·物理》审稿人的高度评价,认为在空间量子实验领域又一次超越了现有技术水平,研究成果对量子技术的实用化非常重要,将显著推动量子精密测量相关领域的研究和应用。

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