2016年11月28日，在河北興隆觀(guān)測(cè)站，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星過(guò)境，科研人員在做實(shí)驗(yàn)（合成照片）。 新華社記者 金立旺 攝

又一個(gè)里程碑：為全球量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定基礎(chǔ)

量子通信如何實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)距離、可實(shí)用化，是最大的挑戰(zhàn)，全世界這一領(lǐng)域的科學(xué)家為之奮斗了幾十年。

最直接的方式是光纖傳輸。但由于量子很“脆弱”，用光纖傳輸?shù)木嚯x有限：量子通過(guò)地面光纖傳輸?shù)膿p耗很大，也不能像傳統(tǒng)通信一樣進(jìn)行“信號(hào)放大”。

“光信號(hào)經(jīng)過(guò)外太空的損耗很小，可以擴(kuò)展量子通信距離?！敝锌圃荷虾＜夹g(shù)物理研究所研究員、量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程常務(wù)副總師王建宇說(shuō)，同時(shí)，由于衛(wèi)星具有方便覆蓋整個(gè)地球的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是在全球尺度上實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離實(shí)用化量子密碼和量子隱形傳態(tài)最有希望的途徑。

從本世紀(jì)初以來(lái)，這個(gè)方向就成為國(guó)際學(xué)術(shù)界激烈角逐的焦點(diǎn)，但難度也非常大。王建宇曾打過(guò)一個(gè)比喻：星地之間的量子聯(lián)通有多難？就好比在萬(wàn)米高空往地面的一個(gè)存錢(qián)罐里扔硬幣，需要準(zhǔn)確地將硬幣擲入儲(chǔ)蓄罐的狹小入口。

潘建偉團(tuán)隊(duì)的研究一直走在世界前沿。對(duì)于此次公布的成果，《自然》的物理科學(xué)主編卡爾·濟(jì)耶梅利斯用“非常興奮”來(lái)形容：研究團(tuán)隊(duì)用相互糾纏的光子安全傳送了至關(guān)重要的量子密鑰，“量子密鑰是保障通信極高保密性的關(guān)鍵”。

“這一成果為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。”潘建偉說(shuō)，以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為可信中繼，可以實(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴(kuò)展到覆蓋全球。

“將衛(wèi)星、地面站和城際光纖量子通信網(wǎng)互聯(lián)，可進(jìn)一步構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)?！迸私▊フf(shuō)。

量子隱形傳態(tài)雖然不是傳統(tǒng)意義上的“瞬間傳送”，但為未來(lái)開(kāi)展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)研究以及空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。“這些結(jié)果代表了遠(yuǎn)距離量子通信持續(xù)探索中的重大突破”，《自然》雜志審稿人評(píng)價(jià)。

卡爾·濟(jì)耶梅利斯說(shuō)，這兩篇論文的發(fā)表意味著潘建偉團(tuán)隊(duì)順利完成了三項(xiàng)量子實(shí)驗(yàn)的展示，這些實(shí)驗(yàn)將會(huì)是全球任何基于空間的量子網(wǎng)絡(luò)的核心組成部分。

國(guó)際引領(lǐng)地位：量子衛(wèi)星的聚合效應(yīng)顯現(xiàn)

隨著“墨子號(hào)”的全部既定科學(xué)目標(biāo)提前完成，這個(gè)項(xiàng)目畫(huà)上了一個(gè)圓滿(mǎn)句號(hào)，也開(kāi)啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的大門(mén)。

潘建偉介紹，他的研究團(tuán)隊(duì)正與歐洲量子通信團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行洲際量子密鑰分發(fā)，目前已順利完成和奧地利格拉茨地面站的對(duì)接測(cè)試，正在開(kāi)展量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，即將具備洲際量子保密通話(huà)的條件。德國(guó)、意大利等國(guó)的科研團(tuán)隊(duì)也申請(qǐng)加入。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)正在致力實(shí)現(xiàn)量子通信與經(jīng)典光通信相融合的安全信息傳輸。換句話(huà)說(shuō)，就是讓量子保密技術(shù)與目前使用的傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫鏈接。

未來(lái)的目標(biāo)還有很多：構(gòu)建完整的空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，形成具有國(guó)際引領(lǐng)地位的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和下一代國(guó)家信息安全生態(tài)系統(tǒng)，探索對(duì)廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的檢驗(yàn)……

“墨子號(hào)”取得的系列成果，贏(yíng)得巨大國(guó)際聲譽(yù)，聚合效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)。“標(biāo)志著我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究，在國(guó)際上達(dá)到全面領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)地位?！卑状憾Y評(píng)價(jià)，為我國(guó)在國(guó)際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)，成為國(guó)際同行的標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

據(jù)了解，“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星是中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)在“十二五”期間支持的４顆科學(xué)衛(wèi)星之一，另３顆衛(wèi)星也都已成功發(fā)射。“悟空”暗物質(zhì)粒子探測(cè)衛(wèi)星、實(shí)踐十號(hào)返回式科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星、“慧眼號(hào)”硬Ｘ射線(xiàn)調(diào)制望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星均獲得了大量科學(xué)數(shù)據(jù)，相關(guān)科學(xué)成果將陸續(xù)發(fā)布。

“通過(guò)這些項(xiàng)目的實(shí)施，力爭(zhēng)使我國(guó)在基礎(chǔ)科學(xué)研究領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)更多的重大突破，同時(shí)帶動(dòng)航天技術(shù)的發(fā)展，為將我國(guó)早日建成世界科技強(qiáng)國(guó)做出重要的、不可替代的貢獻(xiàn)?！卑状憾Y說(shuō)。