“墨子号”实验卫星实现安全时间传递

中国科技大学的潘剑伟和他的同事和许利用墨子的量子科学实验卫星,在世界上首次实现了量子安全时间转移的理论实验验证,为今后安全卫星导航系统的建设奠定了基础。该结果于5月11日发表在《自然-物理》在线版上。

高精度时间传递是日常生活中导航、定位等应用的核心技术。目前,广泛使用的时间传递技术主要包括卫星导航定位系统时间传递、光纤网络时间传递等方案。近年来,时间转移的安全性受到了广泛关注。各种网络系统,如计算机网络、金融交易市场、电力和能源网络,都需要一个统一的时间基础。如果这些系统遭受恶意攻击,由它们引起的时间错误将导致重大安全事故,如网络崩溃、导航和定位错误等。然而,目前广泛使用的时间传输技术面临着数据篡改、信号欺骗和其他攻击的潜在风险。

量子通信技术为安全时间转移带来了新的解决方案。基于量子不可克隆的原理,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。潘剑伟团队首次提出了一种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,单光子量子态被用作时间传递和密钥分发的信号载体,以执行时间同步和密钥生成。该过程中生成的密钥用于加密经典时间数据,从而确保时间数据的安全传输。

潘剑伟团队以“墨子”量子科学实验卫星为基础,突破了星地单光子时间传递和高速星地双向异步激光时间转发器等关键技术,实现了星地量子安全时间同步的技术验证。获得了精度为30皮秒的星地时间传递,达到了国际先进的星地激光时间传递水平。这项工作得到了评论家的高度评价:“这一实验再次超越了空间量子实验领域现有的技术水平”,“对于量子技术的实用性非常重要”。上述研究成果将有效促进量子精密测量相关领域的研究和应用。

相关论文信息:https://www.nature.com/articles/s41567-020-0892-y

标题:“墨子号”实验卫星实现安全时间传递

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