重大突破!“墨子号”卫星首次实现量子安全时间传递

发表时间:2020-05-13 10:33
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 近日,中国科学技术大学潘建伟团队利用“墨子号”量子科学实验卫星,在国际上首次实现量子安全时间传递的原理性实验验证,为未来构建安全高精度的卫星导航系统奠定了基础。该成果于2020年5月11日在线发表在国际学术知名期刊《自然·物理》上。

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墨子号量子通信卫星模型

    时间同步是日常生活中导航、定位等应用的核心技术。现阶段广泛采用的时间同步技术,主要包括卫星导航定位系统时间同步、光纤网络时间同步等方案。近年来,时间同步的安全性得到了广泛关注。各种网络系统,例如计算机网络、金融交易市场、电力能源网络等,都需要统一的时间基准。如果这些系统遭受到恶意攻击,其引起的时间错误将会引起网络崩溃、导航定位错误等重大安全性事故。然而,当前广泛使用的时间同步传递技术面临着数据篡改、信号欺骗等各种攻击的潜在风险。
    量子通信技术为安全时间同步带来了新的解决方案。基于量子不可克隆原理,以单光子量子态为载体的时间传递技术可以从根本上保证信号传输过程的安全性。潘建伟团队首次提出了基于双向自由空间量子密钥分发技术的量子安全时间同步方案。在该方案中,单光子量子态同时作为时间传递和密钥分发的信号载体,进行时间同步和密钥生成。这个过程所生成的密钥用来加密经典时间数据,从而确保时间数据的安全传输。
    不仅如此,潘建伟团队突破了星地单光子时间传递、高速率星地双向异步激光时间应答器等关键技术难题,实现了星地量子安全时间同步的技术验证,获得了高达30ps的星地时间传递精度,达到了星地激光时间传递的国际先进水平。
    该项研究成果影响是深远的,不仅极大地推动了量子精密测量相关领域的研究和应用,还为未来构建安全的卫星导航系统奠定基础,在卫星时间同步的安全性和同步精度方面取得了重大突破,未来有望应用于时频相关领域。

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