中國“墨子號(hào)”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)量子安全時(shí)間傳遞奠定未來導(dǎo)航基礎(chǔ)

近期，中科院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉與同事彭承志、徐飛虎等人利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了量子安全時(shí)間傳遞的原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，精度達(dá)到30皮秒（1皮秒等于1萬億分之一秒）的世界先進(jìn)水平，為未來構(gòu)建安全的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)。日前國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·物理》發(fā)表了該成果。

高精度的時(shí)間傳遞，是人們?nèi)粘Ｉ钪惺褂脤?dǎo)航、定位等應(yīng)用的核心技術(shù)。近年來，時(shí)間傳遞的安全性越來越受關(guān)注，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、金融交易市場(chǎng)、電力能源網(wǎng)絡(luò)等系統(tǒng)都需要統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，如果這些系統(tǒng)遭受到數(shù)據(jù)篡改、信號(hào)欺騙等惡意攻擊，引起的時(shí)間錯(cuò)誤將會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)崩潰、導(dǎo)航失準(zhǔn)等重大事故。

潘建偉團(tuán)隊(duì)研究認(rèn)為，量子通信技術(shù)可以帶來新的解決方案，基于量子的“不可克隆”原理，以單光子量子態(tài)為載體的時(shí)間傳遞技術(shù)可以從根本上保證信號(hào)傳輸過程的安全性。近期，他們?cè)趪H上首次提出了“基于雙向自由空間量子密鑰分發(fā)技術(shù)的量子安全時(shí)間同步方案”，將單光子量子態(tài)同時(shí)作為時(shí)間傳遞和密鑰分發(fā)的信號(hào)載體，進(jìn)行時(shí)間同步和密鑰生成。用這個(gè)過程中生成的密鑰來加密經(jīng)典時(shí)間數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)時(shí)間數(shù)據(jù)的安全傳輸。

利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，潘建偉團(tuán)隊(duì)突破了星地單光子時(shí)間傳遞、高速率星地雙向異步激光時(shí)間應(yīng)答器等技術(shù)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了星地量子安全時(shí)間同步的技術(shù)驗(yàn)證，獲得了30皮秒精度的星地時(shí)間傳遞，此精度達(dá)到了星地激光時(shí)間傳遞的世界先進(jìn)水平。

這項(xiàng)研究得到了《自然·物理》審稿人的高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為在空間量子實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域又一次超越了現(xiàn)有技術(shù)水平，研究成果對(duì)量子技術(shù)的實(shí)用化非常重要，將顯著推動(dòng)量子精密測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。