‘머즈호(墨子号)’양자 과학 실험 위성이

아리(阿里) 양자 스텔스 전송 상태 실험 플랫폼과 하늘과

지면간 사슬로드를 구축(2016년 12월 9일 촬영, 합성 사진) 新华社

중국과학자들이 지면으로부터 궤도의 위성에 향한 최초 양자 통신을 실현함으로서 ‘풀수 없는’글로벌 통신네트워크 설립을 위해 또 관건적 한 걸음을 내 디뎠다.

8월 10일 영국 파이낸셜 타임스(Financial Times)사이트가 ‘중국이 위성을 향해 최초 풀수 없는 정보를 전송’이라는 제목으로 발표한 보도에 따르면 8월 10일 ‘네이처(Nature)’과학잡지가 중국 판젠워이(潘建伟) 과학자가 인솔한 연구팀의 실험 보고를 발표했는데 그들은 보고에서 이러한 통신은 중국 중서부의 지면기지에서 지난해 발사한 위성과 진행했다며 전송거리는 1400 km나 된다고 말했다.

이 과학자들은 “이전에 장거리(양자)전송 실험 거리 상한선은 100 km급이었다.”고 말했다.

암암리에 살그머니 훔쳐 들을 수 있는 전통적 통신과 달리 사람마다 훔쳐 들으려 하는 양자 통신은 양자 통신 네트워크 사용자가 느낄수 있는 간섭을 발생할 수 있다.

이 연구팀 성원이며 펑청즈(彭承志) 안후이 허페이 중국 과학기술대(安徽合肥中国科学技术大学) 교수는 “중국이 현재 양자통신 기술의 글로벌 선두자이며 오스트리아, 독일과 이탈리아의 이 영역과학자들과 적극 합작중이다. 중국은 미래 5년간 양자 공간경쟁을 이끌고 있다.”고 말했다.

팀 바이른즈(Tim Byrnes) 상하이 뉴욕대(New York University Shanghai) 양자 물리학자는 이 결과가 “정말로 대단하다”고 말했다. 그는 올해 6월 우주공간에서 지면에 향한 발송을 포함한 중국에서의 이러한 성공적 실험에 앞서 양자 통신 최장 전송거리는 143km였다고 말했다.

양자 통신의 지면네트워크차원 발전은 줄곧 지구 대기중 과립물의 방해를 받았다. 펑청즈의 소개에 따르면 베이징과 상하이간 광 케이블을 따라 진행하는 양자통신은 30여개 중간베이스를 수요한다.

그는 “우리는 매개 베이스마다 암호 풀이를 해야 하며 재차 암호를 달아야 했다.”고 말했다.

그리하여 양자물리학자들은 주의력을 하늘에 기초한 네트워크로 돌렸다.  

“이러한 실험은 사람들이 우주 공간진입을 통해 이 문제를 극복해야 함을 표명한다.” 바이른즈는 “원인은 간단하다. 우주는 진공상태이다. 빛은 장애를 받지 않고 장거리 행진을 할 수 있다. 미국, 유럽과 일본이 다년간 이렇게 실험했다.”고 말했다.

이러한 실험중 1억 달러 자금을 소모한 ‘머즈호(墨子号)’위성이 2016년 8월 발사에 성공했다. 이 위성은 중국 고대 사상가이며 과학자인 머즈(墨子)즉 묵자로 명명했다.

로날드 한손(Ronald Hanson) 네덜란드 델프트 공과대(Technische Universiteit Delft) 교수는 8월 10일 선포한 소식은 “매우 중요한 이정표이다.”고 말했다. 그러나 그는 또 여전히 일부 기술적 장애물이 존재하고 있다고 말했다.

“우리는 글로벌 양자네트워크 설립과 아직 먼거리를 두고 있다. 이는 남은 최후 한 절차가 아니다.”며 한손은 “이러한 위성 사슬은 현지 양자처리기와 메모리와 연결해야 하는데 우리는 이러한 시스템을 설립하기에 노력하는 중이다.”고 말했다. 

그외 8월 10일 홍콩 경제일보 사이트 보도에 따르면 중국 양자통신 영역이 세계를 앞서서 지난해 발사한 글로벌 최초 양자 과학실험 위성 ‘머즈호’가 재차 두가지 성과를 발표하여 국제적으로 처음 지면부터 위성까지의 양자 비밀 번호 분할 발송, 양자 스텔스 전송상태를 실현했는데 전자는 통신을 훔칠 수 없고 풀수 없게 하고 후자는 양자세계에서 ‘시간과 공간 여행’을 실현했다.

이에 따라 이전에 1천km급 양자 얽힘 분할 발송을 완성한 것까지 합쳐 머즈호는 이미 3대 과학실험 임무를 앞당겨 완성했다.

중국 연구팀은 다음달 유럽과 아시아 대륙간 비밀 번호 분할 발송 가능성을 탐색하며 원거리 비밀 통신 실험을 시작하게 되며 다음 절차는 몇개의 양자 위성 발사를 준비하며 글로벌 양자 통신 네트워크 구축을 계획하게 된다.

양자 위성 수석 과학자이며 중국 과학원 원사인 판젠워이는 머즈호 양자 비밀 번호 분할 발송 실험이 위성을 통한 양자 신호 발사를 하며 허베이 싱룽(河北兴隆)과 신장 난산 지면 베이스(新疆南山地面站)가 각기 접수하는 방식으로 베이징과 우루무치(乌鲁木齐)간 양자 비밀 번호를 구축하게 된다고 말했다.

보도에 따르면 머즈호가 이 지역을 통과할때 지면 광학베이스와 광 사슬로드를 구축하게 되는데 통신 거리는 645km부터 1200km에 달하게 된다.

사실상 양자 통신 전송의 높은 효율과 절대적 안전성 등 특징때문에 국방, 군사, 금융 등 영역의 응용 전망이 광활하다. 판젠워이는 이 비밀 번호 발송 효율이 전화의 절대안전성 혹은 은행의 대량 데이터 발송 등 수요를 만족시킬수 있다고 말했다. 

미래 1년 머즈호가 여러항의 우주 공간 실험을 전개하게 된다. 판젠워이는 다음달 유럽과 아시아 대륙간 비밀 번호 발송 가능성을 탐색할 것이라고 말했다.

中国科学家实现了从地面向在轨卫星的首次量子通信，向建立“无法破解”的全球通信网络又迈进了关键一步。

英国《金融时报》网站8月10日刊登题为《中国向卫星传送了首个“无法破解”的信息》的报道称，8月10日，科学期刊《自然》（Nature）发表了潘建伟带领的研究团队的实验总结，他们在总结中表示，这些通信是在中国中西部的地面站和去年发射的一颗卫星之间进行的，传输距离长达1400公里。

这些科学家写道：“以前，长距离（量子）传送实验的距离上限是100公里级。”

与能被暗中窃听的传统通信不同，任何人尝试窃听量子通信都会产生可被量子通信网络用户察觉的干扰。

该研究团队成员、安徽合肥中国科学技术大学教授彭承志表示：“中国现在是量子通信技术的全球领跑者，并正积极与来自奥地利、德国和意大利的该领域科学家合作。中国将在未来5年引领量子空间竞赛。”

上海纽约大学量子物理学家蒂姆·伯恩斯说，这一结果“真的很了不起”。他指出，在中国的这些成功实验——包括6月份从太空向地面的一次传送——之前，量子通信的最长传输距离为143公里。

量子通信在地面网络上的发展一直受到地球大气中颗粒物的阻碍。据彭承志介绍，沿北京与上海之间的光缆进行量子通信将需要30多个中转站。他说：“我们需要在每个站解码信息并重新加密。”

因此，量子物理学家把注意力转向了天基网络。

“这些实验表明，你可以通过进入太空来真正克服这个问题，”伯恩斯说，“原因很简单——太空是真空状态的，光可以不受阻碍地长距离行进。美国、欧洲和日本多年来一直在尝试这样做。”

这些实验所涉及的耗资1亿美元的“墨子号”卫星于2016年8月成功发射。这颗卫星是以中国古代思想家、科学家墨子命名的。

荷兰代尔夫特理工大学教授罗纳德·汉松称，8月10日宣布的消息是“非常重要的里程碑”，但他也指出仍存在一些技术障碍。

“我们距离建立全球量子网络还很遥远。这并不是缺失的最后一环，”汉松说，“这些卫星链路需要与本地量子处理器和存储器连接起来——我们正努力建立这些系统。”

另据香港《经济日报》网站8月10日报道称，中国量子通讯领域研究领先世界，去年发射的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”再有两项成果发表——在国际上首次实现从地面到卫星的量子密钥分发、量子隐形传态，前者令通讯不可窃听、不可破译，后者成功在量子世界实现“时空穿越”。

至此，连同早前已完成千公里级量子纠缠分发，墨子号已提前完成三大科学实验任务。团队下月或开始探索欧洲和亚洲的洲际密钥分发的可能性，实验远距离保密通讯，下一步并筹划发射数颗量子卫星，构建全球量子通讯网络。

量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说，墨子号量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，河北兴隆与新疆南山地面站分别接收的方式，在北京和乌鲁木齐之间建立量子密钥。据介绍，墨子号过境时与地面光学站建立光链路，通讯距离从645公里到1200公里。

报道称，事实上，因量子通讯具传输高效和绝对安全等特点，其在国防、军事、金融等领域应用前景广阔。潘建伟称，此密钥发送效率可满足绝对安全的打电话或银行传输大量数据的需求。

未来一年，墨子号将开展多项空间实验，据潘建伟称，下个月或开始探索欧洲和亚洲的洲际密钥分发的可能性。

/新华网