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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事彭承志、徐飛虎等利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，在國際上首次實現(xiàn)量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，為未來構(gòu)建安全的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)，將極大地推動量子精密測量相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用。該成果于5月11日在線發(fā)表在國際學(xué)術(shù)知名期刊《自然·物理》上。
高精度時間傳遞是日常生活中導(dǎo)航、定位等應(yīng)用的核心技術(shù)。現(xiàn)階段廣泛采用的時間傳遞技術(shù)主要包括衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)時間傳遞、光纖網(wǎng)絡(luò)時間傳遞等方案。近年來，時間傳遞的安全性得到了廣泛關(guān)注。各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如計算機網(wǎng)絡(luò)、金融交易市場、電力能源網(wǎng)絡(luò)等，都需要統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)。如果這些系統(tǒng)遭受到惡意攻擊，其引起的時間錯誤將會引起網(wǎng)絡(luò)崩潰、導(dǎo)航定位錯誤等重大安全性事故。然而，當(dāng)前廣泛使用的時間傳遞技術(shù)面臨著數(shù)據(jù)篡改、信號欺騙等各種攻擊的潛在風(fēng)險。
基于量子不可克隆原理，以單光子量子態(tài)為載體的時間傳遞技術(shù)可以從根本上保證信號傳輸過程的安全性。潘建偉團(tuán)隊首次提出了基于雙向自由空間量子密鑰分發(fā)技術(shù)的量子安全時間同步方案。在該方案中，單光子量子態(tài)同時作為時間傳遞和密鑰分發(fā)的信號載體，進(jìn)行時間同步和密鑰生成。這個過程所生成的密鑰用來加密經(jīng)典時間數(shù)據(jù)，從而確保時間數(shù)據(jù)的安全傳輸。
基于“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，潘建偉團(tuán)隊突破了星地單光子時間傳遞、高速率星地雙向異步激光時間應(yīng)答器等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了星地量子安全時間同步的技術(shù)驗證，獲得了30 ps精度的星地時間傳遞，此精度達(dá)到了星地激光時間傳遞的國際先進(jìn)水平。《自然·物理》審稿人高度評價該實驗在空間量子實驗領(lǐng)域又一次超越了現(xiàn)有技術(shù)水平，并對量子技術(shù)的實用化至關(guān)重要。
