本报讯 中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室潘建伟和杨涛、彭承志等在实验中,通过“自由空间纠缠光子的分发”,创造了国际上最远距离的纪录,首次证明了纠缠光子在穿透等效于整个大气层厚度的地面大气后,其纠缠的特性仍然能够保持,并可应用于高效、安全的量子通信。最新一期国际物理学权威期刊
目前广为使用的远距离通信是通过光纤来传输大量的光子,但保密性能差,存在安全隐患。量子保密通信技术通过单一光子或纠缠光子来传送信息,其物理原理保证了绝对安全性。由于光子在光纤中传输容易被吸收而严重损耗,远距离光纤量子保密通信的难度较大。科学家研究表明,利用通信卫星和自由空间纠缠光子分发,按照“量子信号从地面上发射并穿透大气层―――卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一特定卫星―――量子信号从该特定卫星上再次穿透大气层到达地球某个角落的指定接收地点”的技术步骤,很有希望实现更远距离乃至全球化的量子通信。由于量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗,如果能够在技术上实现纠缠光子在穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性,人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。这项技术面对的挑战之一,是大气层中的空气分子会把携带信息的光子一个个散射到四面八方,但却很难让光子被传送到指定的位置。
潘建伟研究小组于2003年开始研究自由空间量子通信,他们在实验点制备出成对的纠缠光子,再利用两个专门设计加工的发射望远镜将容易发散的细小光束“增肥”后向东西相距13公里的两个实验站送出,两个接收端用同样型号的望远镜收集。经过研究人员的种种努力,在如此远距离的传送中,虽有许多纠缠光子衰减,但仍有相当比例的“夫妻对”能存活下来并有旺盛的生命力,经单光子探测器检测,分居东西两地的光子“夫妻对”即使相距遥远仍能保持相互纠缠状态,携带信息的数量和质量能完全满足基于卫星的全球化量子通信要求。在此基础上,研究小组进一步利用分发的纠缠光源进行绝对安全的量子保密通信。13公里不仅是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离,也是目前国际上没有窃听漏洞量子密钥分发的最大距离。
