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意大利实验证实太空量子通信完全可行

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核心提示:意大利帕多瓦大学的一组研究人员日前通过对4个在轨飞行卫星的实验,证实了卫星之间以及卫星与地面站之间进行量子通信是完全可能的。

意大利实验证实太空量子通信完全可行
太空量子传输示意图。

意大利帕多瓦大学的一组研究人员日前通过对4个在轨飞行卫星的实验,证实了卫星之间以及卫星与地面站之间进行量子通信是完全可能的。相关论文发表在著名的预印本网站arXiv上,该研究为基于卫星的广域量子通信提供了广阔的想象空间。

科学家们已经找到了通过光纤进行量子信息传输的方法,并获得了成功。但由于光子在玻璃中的传输会发生一定程度的衰减,这种方法在传输距离上目前还比较有限。此外,也有科学家直接通过空气进行两点之间的量子信息传输,但干扰等问题的存在,仍然极大地限制了量子通信的距离。目前量子态隐形传输最远的记录只有144公里。

太空量子通信更是难上加难。因为量子信号在通过地球大气层时产生的错误率会远超过11%的阈值,而超出了这个极限,量子密码就无法正常工作。因此,不少科学家都认为地球与太空之间的量子通信是不可行的。

物理学家组织网7月1日的报道称,新研究中,意大利的研究小组试图改变这一成见。该小组发现了一种利用现有卫星实现量子通信实验的方法,并精心挑选出了4个在轨运行的卫星,它们都具有能够反射光子的金属立体角反射镜。研究人员认为,借助这些卫星保留光子的极化,将能够让太空量子通信成为可能。为了对比实验结果,他们还选择了另一个没有立体角反射镜的卫星。

当卫星过顶时,研究人员在意大利的马特拉激光测距观测站向所有的卫星都发出了光子信号,并测定卫星何时能将数据返回。研究人员发现正如预期的那样,没有立体角反射镜的对照卫星出现了高达50%左右的错误率,而另外4个具有立体角反射镜的卫星,数据错误率全部都低于11%的阈值。这表明,这些卫星能够产生连贯的光子信号,并与地面站之间进行完全安全的量子通信(利用量子密钥分配)。

研究人员称,中国计划在2016年将全球首颗“量子通讯卫星”送入轨道,还有其他国家也有类似的计划,并正在进行实验,量子通信领域的更多进展将在未来几年集中显现。

(来源:科技日报 记者  王小龙)

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