一种基于卫星的量子安全时间传输新方案

中国科技大学的研究人员最近推出了一种新的基于卫星的量子安全时间传输(QSTT)协议,该协议可以使不同卫星或其他空间技术之间的通信更加安全。他们的协议发表在《Nature Physics》杂志上的一篇论文中,该协议基于自由空间中的双向量子密钥分配,是一种对不同设备之间的通信进行加密的技术。

我们的主要想法是实现量子安全的时间传输,以解决实际时间频率传输中的安全问题,进行这项研究的研究人员之一Feihu Xu说。

量子密钥分配(QKD)是一种利用基于量子力学定律的密码协议来实现安全通信的技术。量子密钥分配协议可以生成基于量子物理学的秘密安全密钥,通过发现试图拦截通信的攻击者,使不同设备之间的数据传输更加安全。

在他们的研究中,Xu和他的同事利用类似的原理,利用量子信号(即单光子)作为载体进行所谓的时间传输。时间传输本质上是指数据从一个地方或设备传输到另一个地方的时间间隔。

得益于我们使用的量子非克隆定理,任何试图拦截单光子的行为都会不可避免地扰乱量子态,这可以通过后处理来检查。Xu说。这让我们得以实现量子安全的时间传输方案。

Xu和他的同事通过将QSTT协议应用到Micius量子卫星上,展示了他们的QSTT协议。Micius号是以中国古代哲学家墨子的名字命名的,是世界上第一颗能够进行量子通信的卫星,早在2016年8月就搭乘长征二号D火箭发射到太空中。

我们利用单光子级信号进行了卫星到地面的时间同步,实现了量子比特误差率小于1%,时间数据速率为9千赫兹,时间传输精度为30ps。Xu解释说,我们利用单光子级信号进行了卫星到地面的时间同步,实现了量子比特误差率小于1%,时间数据速率为9千兹,时间传输精度为30ps。

该研究团队是第一个使用单光子演示基于卫星的QSTT的研究团队。值得注意的是,他们提出的协议所达到的时间精度与T2L2的时间传输精度相当,T2L2是一种最先进的实现时间传输的技术,该技术应用在Jason-2号卫星上,是基于强经典激光脉冲的时间传输。

Xu和他的同事介绍的新方案最终可以为卫星和其他各种设备之间更安全的量子通信铺平道路。通过证明了用单光子实现卫星高精度时间传输的可行性,他们的工作也为未来的研究开辟了新的有趣的可能性。

我们的工作为物理学领域利用量子技术实现时间频率传输、时钟同步和量子网络实现更高的安全性和更高的精度提供了新的视角。Xu说。我们现在计划构建一个基于卫星的全球量子网络,以测试基础物理学,并提供实际应用,如分发秘密密钥、时钟同步等。

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