世界首颗量子卫星发射！听听首席科学家怎么说

随着我国升空的世界上首颗量子科学实验卫星墨子号的成功升空，中国将沦为全球第一个构建卫星和地面之间量子通信的国家，我国将构建天地一体化量子通信网络的可行性建构，这也将沦为量子通信领域的中国最强音。　　作为迄今为止唯一被严苛证明是无条件安全性的通信方式，量子通信技术在金融、军事和政务等领域的应用于前景获得了世界各国的普遍注目，美国、日本等国也启动了涉及的研究计划。此次墨子号的升空，更加稳固了我国在量子通信领域的世界领先地位。　　作为全球首颗量子卫星其独有之处在哪里？墨子号都分担了哪些科学任务？量子卫星又是如何构建针尖对麦芒般的精准定位的？预示着地面光纤量子通信网络京沪干线的建设已完成，我国将可行性创建起世界上首个广域量子通信体系，人类正在步入量子信息的崭新时代，意味著安全性的信息传送将为社会变革流经新的发展能量，更加多关于量子卫星的近期独家报道，我们邀到了中国科学技术大学常务副校长、中科院量子科学实验卫星先导专项首席科学家潘建伟展开了专题采访。

　　独一无二的量子卫星　　墨子号量子科学实验卫星是中科院空间科学先导专项首批4颗科学卫星之一，是时隔暗物质粒子观测卫星悟空、微重力返回式科学实验卫星实践中十号之后的第三颗科学实验卫星，其主要任务是积极开展基于卫星平台的广域量子通信和量子力学基础原理检验。那么明确的科研任务有哪些？　　潘建伟回应，此次墨子号量子实验卫星的主要科研任务有三个：首先，通过量子卫星构建卫星和地面的量子密钥发给，从而构建广域的量子保密通信。潘建伟说明，之所以必须通过发射卫星来创建天地之间的量子通信网络，是由于地面信号的传输主要以光纤为媒介，而光纤传输的过程中信号损失相当严重，实验指出光纤传输的量子通信信号在两百公里以后就完全被吸取只剩，如果人类想要构建远距离的量子通信传输就必需创建多个安全性可靠的信号中继站，这毫无疑问大大增加了信息泄漏的几率。科学家们经过研究找到，光在击穿大气层的过程中能量损失仅有为百分之二十，也就是说天地之间数千公里甚至上万公里的距离，光在其间传输的损耗要相比之下高于在地面光纤网络中传输的损耗。

利用这一原理，人类利用空间中的量子卫星作为地面网络的中转站，可以将地面多个城市中创建起的城际量子通信网络连接一起，从而极大地提高量子通信的效率。其次，墨子号还分担着对量子力学本身的基本原理展开检验的实验任务。量子纠结态是量子力学中的一个经典现象，即在多粒子量子系统中，一对具备量子纠结态的粒子，即使相距极远，当其中一个状态转变时，另一个状态也不会立即再次发生适当转变。这种现象称作量子非定域性，曾多次被爱因斯坦等用来批评量子力学理论的完善性，并引起了长年的争辩和持续至今的各种检验。

科学家们在地面上已在距离100公里的距离顺利地检验了量子非定域性，但仍未做严苛无漏洞的终极检验。而量子卫星将把这个实验带回外层空间，将在国际上首次以求构建千公里量级的量子非定域性实验检验，对于人类加剧对量子力学基础理论的了解具备最重要的意义。第三，墨子号将相连中国和奥地利之间的量子通信网，以证明全球规模的量子通信网络设想是不切实际的。

这也是我国在量子通信领域积极开展的第一个大型国际合作，潘建伟也回应，未来我国将与更好国家积极开展合作，联合推展量子通信领域的变革与发展。　　潘建伟还讲解道，作为建设天地一体化通信网络的最重要组成部分，墨子号量子卫星与普通卫星比起不存在着极大的差异。升空升空的量子卫星以及建设在地面的多个地面观测站，联合构成了前所未有的覆盖面积地面和空间的极大实验网络。

　　图1量子保密通信原理图　　针尖对麦芒的精准定位　　墨子号量子通信卫星作为天地一体化的空间中转站，其分担着升空和传输光信号的最重要任务，如何确保距离地球表面数百公里的光信号需要成功被地面光学天线接管，潘建伟形象化地说明道，这其中牵涉到到的关键性实验技术的可玩性就只不过是针尖对麦芒一样。　　潘建伟讲解说道，由于卫星升空的光信号是极为黯淡的单光子级别，在由空间向地面传输的过程中不会受到许多因素的阻碍，比如星光、灯光等都将沦为干扰信号传输的背景噪声。此外，卫星的运动速度迅速，地面的光学天线必需时刻紧随卫星的节奏才有可能构建信号的精确接管。

所以，在墨子号量子通信卫星的设计过程中，不仅要解决各种噪声的阻碍确保信号源的平稳，同时还要构建与地面光学天线的精确接入。尽管是如同针尖对麦芒般严苛的实验条件，但是在我国科学家的不懈努力下，如此艰难的技术难题也仍然获得了解决问题。

　　图2量子通信卫星概念图　　保密通信的京沪干线　　被称作京沪干线的地面量子通信网络，是天地一体化量子通信网络的地面组成部分。对于京沪干线的建设原理，潘建伟说明道：在建设地面量子通信网络的工程中，主要的应用于都集中于在城市范围内，将城市之间的城域网连接起来构建城际量子通信十分关键。据介绍，目前的技术仅有需要超过点对点百公里量级的量子通信，所以就必须通过创建可信任的中继站点来起着信息货运的起到，相连距离数百公里两个城市的量子通信网络。

早已创建一起的北京、济南、合肥、上海四个量子通信城域网，将在可靠中继的协助下，通过光纤串联一起，包含量子通信的京沪干线。未来还将不会在每个城市中建设光学天线接管卫星的信号，这样，随着墨子号的成功升空，地面的京沪干线与空间的量子卫星联合包含了覆盖面积全球的广域网络，充分利用卫星覆盖面积的广域性和光纤入户的便利性，从而确实构建天地一体化的量子通信。　　图3广域量子通信网络示意图　　打开量子通信新时代　　随着量子卫星的升空升空和下半年京沪干线的竣工，中国的广域量子通信体系为首度竣工全球化的量子通信卫星网络奠下了基础，人类将要构建全球范围内卫星和地面间的首次量子通信。天地一体化的量子通信网络将要铺就，几经30余年的量子信息研究也将步入深化应用于的时代。

未来，量子通信某种程度只是一种全新的加密通信手段，它将沦为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益广泛的电子服务的安全性基石，沦为确保未来信息社会可靠不道德的最重要基础之一。或许就在不远处的将来，量子通信技术将如同手机、电脑一般，步入寻常百姓家。

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