近日，中國科學技術大學潘建偉團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在國際上首次實現量子安全時間傳遞的原理性實驗驗證，為未來構建安全高精度的衛星導航系統奠定了基礎。該成果于2020年5月11日在線發表在國際學術知名期刊《自然·物理》上。
墨子號量子通信衛星模型
時間同步是日常生活中導航、定位等應用的核心技術。現階段廣泛采用的時間同步技術，主要包括衛星導航定位系統時間同步、光纖網絡時間同步等方案。近年來，時間同步的安全性得到了廣泛關注。各種網絡系統，例如計算機網絡、金融交易市場、電力能源網絡等，都需要統一的時間基準。如果這些系統遭受到惡意攻擊，其引起的時間錯誤將會引起網絡崩潰、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面臨著數據篡改、信號欺騙等各種攻擊的潛在風險。
量子通信技術為安全時間同步帶來了新的解決方案。基于量子不可克隆原理，以單光子量子態為載體的時間傳遞技術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技術的量子安全時間同步方案。在該方案中，單光子量子態同時作為時間傳遞和密鑰分發的信號載體，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典時間數據，從而確保時間數據的安全傳輸。
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鍵技術難題，實現了星地量子安全時間同步的技術驗證，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領域的研究和應用，還為未來構建安全的衛星導航系統奠定基礎，在衛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領域。
