量子衛星通信已成功跨出了第一步

當研究者致力於建造通用型量子計算機的同時，他們也在研究未來量子通信。目前光纖和無線衛星通信已經進行了測試，在此基礎上可以為量子衛星通信進行第一個測試。來自滑鐵盧大學的研究者已經證明把信息從地面基站傳輸給一個飛行中的飛行器是可能的。量子衛星通信測試的目的是為了證實地面基站能夠與太空中的衛星進行量子通信，另一個目的是為證明這種通信方式是安全的，不會被黑客輕易破解。

量子衛星通信測試總發言人Christopher Pugh稱，量子密鑰分發（quantum key distribution）在兩個遙遠的粒子間以不可能被破解的方式建立一個密碼密鑰，基於地面的QKD系統使用光纖維進行連接，但是會因幾萬米的距離而受到限制，並且隨著距離的增加而減弱通信質量。

無線系統並不比QKD系統好，因為無線系統會受到通信損耗和大氣湍流的影響。該團隊設想，與其將信號發送到地球的表面，倒不如把信號送入太空，再發送回地面。

「基於衛星的系統將量子通信擴展到全球範圍，」Christopher Pugh補充道。測試這個系統使用的是可以模仿衛星運行高度的飛行器。這架名為「雙水獺」的飛行器在距離不同的地方進行了14次信號傳送，但是只有7次傳送的信號成功地建立了量子連接，在這7次中，有6次該團隊成功地提取了量子密鑰。

「經過了將近八年的準備，我們終於邁出了這重要的一步。最後證明了我們的技術是可行的」，研究小組組長Thomas Jennewein教授說，「我們以低地球軌道衛星相似的角速率實現了光連接，並且在飛行器飛過地面基站的過程中，不到10秒就實現了位置數據傳輸。我們實現連接只需要幾分鐘的時間，通常接收到的量子比特錯誤率在三到百分之五之間，生成安全密鑰僅有868 KB」。

今年四月，加拿大航天局公布了一個 量子衛星任務，緊隨中國今年7月將要發射的一個量子衛星計劃。這是邁向量子未來將會是在什麼樣的可行路徑第一步，「我們已經證明了的概念，並且我們的實驗結果提供了建造未來量子衛星的藍圖」，Jennewein說。

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