8月10日凌晨，中国科技大学潘建伟、彭承志团队联合中科院上海技物所等单位宣布，“墨子号”在国际上首次成功实现了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。这两项成果发表在10日出版的国际权威学术刊物《自然》杂志上。这是继今年6月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后，我国科学家利用“墨子号”实现的又两项重大突破。

  成功从太空发送不可破解的密码

  量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说，“墨子号”量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，河北兴隆与新疆南山地面站分别接收的方式，在北京和乌鲁木齐之间建立了量子密钥。据介绍，“墨子号”过境时与地面光学站建立光链路，通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级（万亿亿倍）。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子，一次过轨对接实验约10分钟可生成300千比特（kbit）的安全密钥，平均成码率可达1.1千比特/秒。

  专家介绍，与经典通信不同，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的通信方式。

  潘建伟说，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量，其自身状态就会立刻发生改变。截获量子密钥的人只能得到无效信息，而信息的合法接收者则可以从量子态的改变中得知量子密钥曾被截取过。

  量子隐形传态：现实版“超时空传送”？

  潘建伟说，量子隐形传态是量子通信的一个重要内容，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。

  这有点像《星际迷航》中，宇航员在特殊装置中说一句“发送我吧”，他就瞬间转移到另一个星球。科学家指出，量子隐形传态实验中，被传输的是信息而并非实物。把粒子A的未知量子态传输给远处的另一个粒子B，让B粒子的状态变成A粒子最初的状态。注意传的是状态而不是粒子，A、B的空间位置都没有变化，并不是把A粒子传到远处。当B获得这个状态时，A的状态也必然改变，任何时刻都只能有一个粒子处于目标状态，所以并不能复制状态，或者说这是一种破坏性的复制。

  潘建伟说，“墨子号”量子隐形传态实验采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式。卫星过境时与海拔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，实验通信距离从500公里到1400公里，实验传送了6个量子态，置信度均大于99.7％。

  “假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要3800亿年，也就是宇宙年龄的20倍，才能观测到1个事例。”潘建伟说。

  潘建伟指出，传送几十、几百个微观粒子会在不久的将来实现，但要传送复杂的实物现在还是一种科学幻想。人是由10的28次方个粒子组成的，所以人类通过这种方式星际旅行还是个遥不可及的梦想。但他说，“我不敢说超时空传送真的能实现，但是科学的发展是不能预测的。”

  据新华社