量子卫星实现目标 中国量子工程技术引领未来

量子卫星实现目标，中国量子工程技术引领未来。量子力学大家可能听过，那么量子卫星又是什么？跟普通卫星相比有何先进之处？我国“墨子号”量子科学试验卫星在国际上首次成功实现从卫星到地面的量子密钥发布和从地面到卫星的量子隐形传态，这是中国在量子技术上的重大突破。

提前完成三大科学目标

至此，“墨子号”量子卫星提前并圆满实现星地间的量子密钥分发、量子纠缠分发、量子隐形传态全部三大既定科学目标。

这三大科学目标均是为研究量子通信而设定。量子通信是目前世界上最前沿的技术，有着相当诱人的应用价值。与经典通信不同，利用量子密钥对信息进行严格加密，是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。

由于量子通信一般采用“单光子”作为载体，若是通过光纤或者近地直接传输，由于损耗太大，传输不远。因而，此前量子通信的世界纪录为百公里量级。

由此，科学家们将目光望向了太空。由于外太空近于真空，光信号损耗小，因此通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。同时，也是在全球尺度上实现量子通信最有希望的途径。

中国的科学家潘建伟团队就是这方面的先驱。从2003年起，就开始搭建方案，并进行地面的前期基础性研究。连续多年的努力取得了一个个突破，充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。终于，在2016年8月16日，世界瞩目的首颗量子卫星——“墨子号”发射升空，开展科学实验。

里程碑：量子技术“突破天际”

《自然》杂志审稿人用 “令人钦佩的成就”和“本领域的一个里程碑”来称赞中国此次的成果，并表示，“这些结果代表了远距离量子通信持续探索中的重大突破”, “非常新颖并极具挑战性，它代表了量子通信方案现实实现中的重大进步。”

“以前人们会说量子技术的极限在天边，但这说法其实有些保守了。”《自然》的物理科学主编评价说，最近发表的这些实验中量子技术已经突破了天空的限制，同时也是中国在物理科学方面的投资及努力的证明，“正因为有了这些投资与努力，该研究团队才能够将应用型量子通信技术方面的研究提升到如此的天文高度。”

这项成果是由中国科学技术大学潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、南京天文仪器有限公司、国家空间科学中心等，在中国科学院空间科学战略性先导科技专项的支持下作出的。

中国科学院院长、党组书记白春礼表示，“墨子号”开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门，为我国在国际上抢占了量子科技创新制高点，成为国际同行的标杆，实现了“领跑者”的转变。

星地量子密钥实验：比传统技术传输效率提升万亿亿倍

与经典通信不同，量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户，可共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密——这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。

这其中一个重要的研究内容，就是量子密钥分发。

所谓密钥分发实验，要以量子力学一些“原理”的成立为提前。比如，“量子不可克隆定理、量子不可分割”，使得“存在窃听必然被发现”，而量子的“一次一密，完全随机”，又让“加密内容不可破译”成为现实。

卡尔·齐姆勒斯也提到，量子密钥是保障通信极高保密性的关键。他说，“在没有密钥的情况下，是无法读到这些通信的，如果有他人窃听了你的密钥，量子力学的原理保证了你一定会知道，从而你通信的安全性又上了一层楼。”

如今，这种量子密钥分发的设想，在更远的距离即千公里级完成了实验。

量子隐形传态实验：传统光纤重复该工作需要3800亿年

《自然》杂志8月10日发表的另一篇潘建伟团队文章，则是关于量子隐形传态，它利用量子纠缠，可以将物质的未知量子态，精确传送到遥远地点，而物体本身却不需要移动。

在卡尔·齐姆勒斯看来，这是量子力学中“最著名却神秘莫测”的方面。他说，在这个实验中，潘建伟团队展示了如何用处于纠缠态的光子，来实现这一点。

具体来看，“墨子号”量子卫星过境时，与海拔5100m的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个“量子隐形传态事例”，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离从500公里到1400公里，所有6个待传送态，均以大于99.7%的置信度超越经典极限。

按照潘建伟的说法，假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要3800亿年——也就是宇宙年龄的20倍，才能观测到1个事例。

《自然》杂志审稿人称，“这些结果代表了远距离量子通信持续探索中的重大突破”，“这个目标非常新颖并极具挑战性，它代表了量子通信方案现实实现中的重大进步”。