中国量子通信研究新进展:量子卫星携四大任务即将发射

2016年06月28日 09:25 C114中国通信网
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  C114讯 6月28日消息(刘定洲)今年3月,全国政协委员,中科院院士潘建伟曾透露,中国量子保密通信京沪干线将在今年下半年全线开通,中国研制的世界首颗“量子科学实验卫星”也将在今年七月发射,从而形成一个天地一体化的量子通信网络。

  量子通信总是让人感觉神秘,事实上其来头的确非常“高大上”。在日前举办的“光纤通信50年高峰论坛”上,中科院上海分院副院长王建宇表示,量子信息学建立在20世纪物理学支柱之一的量子力学基础之上,量子通信则是量子信息学的两大应用之一。量子具有不可复制性,利用这一特性制作的密码,从理论上讲是一种最为安全的密码,量子通信也成为“绝对安全”的通信方式。

  量子通信的绝对保密特性,在军事、金融、政务等领域拥有广泛的用途,因此成为各主要发达国家和地区研究的重点。王建宇介绍,美国在“保持国家竞争力”计划中,将量子信息列为重点支持领域;欧洲“量子信息处理与通信战略报告”提出,未来5到10年实现千公里级的量子通信、多节点量子通信网络和基于卫星的量子通信,并进行了一系列的实验;日本计划在5-10年内建成全国性的高速量子通信网,并启动了长期支持计划。

  量子通信只有30年的发展历史,对中国来说并没有很重的历史包袱,因此在量子通信方面的研究,中国与国外诸强基本上从开始就站在同一起跑线上。资料显示,中国在2012年初建成世界上规模最大的46节点量子通信试验网——合肥量子通信政务网,建成以来运行良好;2012年,新华社和中国科大合作建设的金融信息量子通信验证网在北京开通,在世界上首次实现利用量子通信网络对金融信息的安全传输;2014年,世界第一条量子信息保密干线——“京沪干线”量子通信工程开工建设。

  潘建伟曾指出,量子通信技术的实际应用将分三步走:一是通过光纤实现城域量子通信网络;二是通过量子中继器实现城际量子通信网络;三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。

  在本次论坛上,王建宇详细阐述了采用卫星进行量子通信实验的意义。陆地量子通信基于光纤传输,但光纤存在固有的光子损耗、与环境的耦合会使纠缠品质下降,因此光量子传输难以通过光纤向远距离拓展;近地面自由空间通道会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响,光量子传输难以在地面自由空间中向远距离拓展。

  卫星通信的优势在于,克服地表曲率、没有障碍物的阻碍;大气对某些波长的光子吸收非常小;只有5-10公里的水平大气等效厚度;大气能保持光子极化纠缠品质;外太空无衰减和退相干。以上特质,使得卫星通信成为远距离光量子传输的必由之路。

  中科院先导项目“量子科学实验卫星”,据王建宇介绍,从2011年就开始进行任务需求分析、整星方案设计和关键技术攻关,并在当年底立项。在2012-2016年,量子卫星经历了整星初样设计、各类试验和生产、总装、与大系统对接试验、卫星出厂测试等步骤,且都顺利完成,并将在2016年7月“择机发射”。

  整个项目分为卫星和地面两大部分。在地面,项目已经完成了一系列关键技术测试;在卫星部分,发射后将携四大任务:星地高速量子密钥分发的实验;广域量子通信网络实验任务;星地双向纠缠分发的实验;空间尺度量子隐形传态的实验,目标建立星地量子信道。

  按照规划,中国在2016年首颗量子卫星发射后还将发射更多卫星,到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发, 届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右,中国将建成全球化的广域量子通信网络。中国量子通信技术的研究成果不必否认,随着国家大力推动量子技术的发展,将有机会成就一段技术传奇。

标签: 量子通信

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