近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)量子安全時(shí)間傳遞的原理性實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為未來構(gòu)建安全高精度的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。該成果于2020年5月11日在線發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)知名期刊《自然·物理》上。
　　墨子號(hào)量子通信衛(wèi)星模型
　　時(shí)間同步是日常生活中導(dǎo)航、定位等應(yīng)用的核心技術(shù)。現(xiàn)階段廣泛采用的時(shí)間同步技術(shù)，主要包括衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)時(shí)間同步、光纖網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步等方案。近年來，時(shí)間同步的安全性得到了廣泛關(guān)注。各種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，例如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、金融交易市場(chǎng)、電力能源網(wǎng)絡(luò)等，都需要統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)。如果這些系統(tǒng)遭受到惡意攻擊，其引起的時(shí)間錯(cuò)誤將會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)崩潰、導(dǎo)航定位錯(cuò)誤等重大安全性事故。然而，當(dāng)前廣泛使用的時(shí)間同步傳遞技術(shù)面臨著數(shù)據(jù)篡改、信號(hào)欺騙等各種攻擊的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
　　量子通信技術(shù)為安全時(shí)間同步帶來了新的解決方案?；诹孔硬豢煽寺≡?，以單光子量子態(tài)為載體的時(shí)間傳遞技術(shù)可以從根本上保證信號(hào)傳輸過程的安全性。潘建偉團(tuán)隊(duì)首次提出了基于雙向自由空間量子密鑰分發(fā)技術(shù)的量子安全時(shí)間同步方案。在該方案中，單光子量子態(tài)同時(shí)作為時(shí)間傳遞和密鑰分發(fā)的信號(hào)載體，進(jìn)行時(shí)間同步和密鑰生成。這個(gè)過程所生成的密鑰用來加密經(jīng)典時(shí)間數(shù)據(jù)，從而確保時(shí)間數(shù)據(jù)的安全傳輸。
　　不僅如此，潘建偉團(tuán)隊(duì)突破了星地單光子時(shí)間傳遞、高速率星地雙向異步激光時(shí)間應(yīng)答器等關(guān)鍵技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了星地量子安全時(shí)間同步的技術(shù)驗(yàn)證，獲得了高達(dá)30ps的星地時(shí)間傳遞精度，達(dá)到了星地激光時(shí)間傳遞的國(guó)際先進(jìn)水平。
　　該項(xiàng)研究成果影響是深遠(yuǎn)的，不僅極大地推動(dòng)了量子精密測(cè)量相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，還為未來構(gòu)建安全的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，在衛(wèi)星時(shí)間同步的安全性和同步精度方面取得了重大突破，未來有望應(yīng)用于時(shí)頻相關(guān)領(lǐng)域。