NICT:利用超小型卫星进行量子通信的证实实验,在世界上首次获得成功

ICT 2017年07月19日

日本信息通信研究机构(NICT)于7月11日宣布,成功完成了世界上首例利用被称为“50cm角”的超小型卫星进行量子通信的证实实验。该机构称,此次实验证实了利用低成本的小型卫星能够实现卫星量子通信,这项成果也开启了今后太空产业发展的新篇章。

由于量子通信技术能够在一个个光子的层级上对信息进行控制,因此能够实现大容量传输,除此之外,该技术在彻底防止信息泄露的“量子密码”的实现方面也属于不可或缺的技术,因此备受关注。中国也与日本、欧洲同时开展了相关研究,以中国科学技术大学为核心组成的研发团队于今年6月,利用重约600千克的大型量子科技卫星“墨子”(英文名Mozi),进行了在相距1200千米的两处地面接收站之间实施卫星量子通信的实验,并且获得了成功。

此次NICT成功实施的实验,特点在于证实了利用重量仅为50千克的超小型卫星进行卫星量子通信的可能性。超小型卫星所搭载的、由NICT开发的小型光通信装置(SOTA)以每秒1000万比特(bit)的速率向地面站发送光信号,由位于东京都小金井市的NICT光地面站将接收到的一个个光子进行信号复原。光子是光的粒子,是光能够分割的最小能量单位。SOTA发出的信号经过途中的散射和损失等,最终只包含平均1脉冲0.1光子以下的微弱能量。据NICT透露,除日本外,目前世界上只有中国掌握了将如此微弱的光子信号发出的信息进行还原的技术。

量子通信证实实验所使用的超小型卫星概念图

量子通信证实实验所使用的超小型卫星概念图(NICT提供)

卫星量子通信的难点之一在于,由于卫星处于高速运动的状态,因此在卫星的飞行过程中,光子抵达地面站的抵达时间间隔会发生变化,或长或短。如果不能对这样的时间变化加以准确的修正,就无法对卫星发出的信号进行准确无误的处理。在中国实施的卫星量子通信实验中,通过在卫星里与用于量子通信的激光分开,另行安装同步专用短脉冲激光,来实现与地面站的时间同步。而与此相对,NICT所采用的方法其很大的特点就在于仅利用一个激光光源,就同时实现了时间同步和量子通信。

近年来,想要构筑能够覆盖全球的通信网络和高分辨率的观测网的“卫星群”的意愿益发高涨。然而,目前卫星通信所使用的电波和微波的带宽已经逼近极限。因此,利用激光的卫星光通信备受期待。即便是在具备大带宽的卫星光通信领域,卫星量子通信也凭借其更长距离的通信和可防止信息泄露的优势而受到了更大的期待。

NICT称,“此次的实验成果将成为利用低成本实现比以往的卫星光通信更加高效的通信,以及实现彻底杜绝信息泄露的量子密码的基础技术。我们今后的目标是,随着光子传输的进一步高速化和捕捉追尾技术的高精度化,实现卫星与地面之间的量子密码,以及最终通过卫星群实现安全而大容量的通信”。

在量子通信方面,中国科研人员希望与日本开展合作研究的呼声极高。7月3日,科学技术振兴机构(JST)在东京主办召开了一个论坛,参加该论坛的中国科技部创新发展司的许倞司长发表了题为《开创中日科技合作新途径》的演讲,其中将量子通信和量子计算机列举为期待通过中日双方的研究合作能够结出丰硕成果的领域。

中国科技部创新发展司司长(在JST主办的论坛上)

许倞 中国科技部创新发展司司长(在JST主办的论坛上)
照片:客观日本编辑部

文/客观日本编辑部

相关链接(日语)

情報通信研究機構プレスリリース「超小型衛星による量子通信の実証実験に世界で初めて成功-宇宙と地上を結ぶ超長距離・高秘匿な衛星通信網の構築に向けた大きな一歩」

相关链接(汉语/日语)

「中国科技部长万钢在中日研讨会上呼吁:展开促进社会发展和面向未来的合作」

2017年06月16日Science Portal China・Daily China「量子暗号通信へ前進する光子送受信実験に成功」

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