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