中国科学技术大学潘建伟教授领导的澳门赌场联合研究团队，利用“墨子号”量子科学实验卫星，首次成功实现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。两项成果于8月10日凌晨同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》上。
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》杂志后，我国科学家利用量子卫星实现的空间量子物理研究另外两项重大突破。至此，原定于两年完成的三大既定科学目标，“墨子号”量子卫星已提前并圆满实现。
圆人类千百年通信安全梦
澳门赌场院士、量子卫星首席科学家潘建伟在接受采访时说，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。千百年来，人们对于通信安全的追求从未停止。然而，传统加密技术，主要是基于计算复杂性，在原理上就存在被破译的可能。事实上，随着数学的发展和电脑计算能力的不断提升，经典密码被破译的可能性与日俱增。
量子通信的重要研究内容之一是量子密钥分发。“基于量子不可分割和无法克隆的特性，量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密，这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全通信方式。”潘建伟说。
《自然》物理科学主编卡尔·齐姆勒斯称赞两项成果是“令人钦佩的成就”和“本领域的里程碑”，“这些实验将会是全球任何基于空间的量子网络的核心组成部分。”他评价道，“无论距离多远都能在相互纠缠的光子之间保持量子力学的微妙联系的能力，赋予量子通信网络特殊的属性。量子密钥是保障通信极高保密性的关键。在没有密钥的情况下是无法读到这些通信的，如果有他人窃听了密钥，量子力学的原理保证了你一定会知道，从而使通信安全性又上了一层楼。”
为未来空间量子物理学等研究奠定可靠技术基础
量子通信的另一重要内容是量子隐形传态，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，而不用传送物质本身。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。
潘建伟介绍，地星量子隐形传态是“墨子号”量子卫星的三大科学目标之一。量子隐形传态采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式，当“墨子号”过境时，与海拔5100米的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离从500公里到1400公里，所有六个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限。假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要3800亿年(宇宙年龄的20倍)才能观测到一个事例。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究，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。
卡尔·齐姆勒斯评价道，这项实验展示了如何用处于纠缠态的光子来实现量子力学中最著名却神秘莫测的方面——量子隐形传态。研究团队通过量子隐形传态，远距离地将一个位于地球或太空的物体的量子态信息传送给另一个在地球或太空的物体，而物体本身却不需要移动。
“以前人们会说量子技术的极限在天边，但这说法其实有些保守了。最近发表的这些实验中量子技术已经突破了天空的限制，也是中国在物理科学方面的投资及努力的证明，正因为有了这些投资与努力，该研究团队才能够将应用型量子通信技术方面的研究提升到如此的天文高度。”卡尔·齐姆勒斯说。
（原载于《文汇报》 2017-08-10 01版）
