领跑全球 中国“墨子号”科学实验卫星提前完成既定目标

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　　形象地说，整个世界就是由量子组成的，因为所有的基本粒子，包括电子、光子，都是量子。量子的信息携带者——光子，在光纤中可以完成短距离传播，在大气层中却可以传递几千公里，但超过一定的距离限度又会失去信号，所以需要卫星“伸出援手”。这张量子通信“天地网”织就后，海量信息就可以在其中来去穿梭如影，“无条件”安全。中国预计在2030年实现量子通信的全球化，这除了需要量子卫星发挥功效，还需要地面上的光纤量子通信骨干网络协同完成任务。骨干网络即光纤量子通信骨干网工程——“京沪干线”项目：在北京和上海之间实现量子通信，总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥再到上海。

　　【新民晚报·新民网】去年八月，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”，“搭乘”长征二号丁运载火箭，从酒泉卫星发射中心顺利升空，开始了量子卫星的首次星际航行，也开启了人类迈向未来量子互联网的新征途。今年八月，在全世界的瞩目中，“墨子号”交出了一份优秀的科学“答卷”，让被称为信息安全领域“完美密钥”的量子通信方式，突破了天空的限制，使得安全通信速率比传统技术提升万亿亿倍，完成了通向实用化的关键飞跃——这不仅仅是某个科研团队的成功，也是人类挑战量子技术极限的巨大成就。

　　中国科技大学潘建伟、彭承志团队联合中科院上海技术物理研究所等单位宣布，中科院联合研究团队利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子秘钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态。这两项重要的原创科学成果，今天凌晨在线发表于国际权威学术期刊《自然》（Nature）。前不久，潘建伟团队已在国际上率先实现千公里级星地双向量子纠缠分发和量子力学非定域性检验的研究成果，并发表于国际权威学术期刊《科学》（Science）。

　　至此，中国科学院昨天在京召开新闻发布会对外宣布，“墨子号”量子科学实验卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

　　令全球激动的消息

　　“潘建伟和他的研究团队顺利完成了三项量子实验，这些实验将会是全球任何基于空间的量子网络的核心组成部分。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》杂志物理科学主编卡尔·齐姆勒斯（Karl Ziemelis）如是肯定中国“墨子号”量子通信卫星的科学实验成果。他相信：“无论距离多远都能在相互纠缠的光子之间保持量子力学的微妙联系的能力，赋予量子通信网络特殊的属性。量子密钥是保障通信极高保密性的关键。在没有密钥的情况下是无法读到这些通信的，如果有他人窃听了密钥，量子力学的原理保证了你一定会知道，从而使通信安全性又上了一层楼。”

　　量子通信被誉为第二次信息革命的排头兵。众所周知，通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求。传统加密技术，在原理上便“先天”存在被破译的可能。与此同时，随着数学的发展和电脑计算能力的不断提升，经典密码被破译的可能性与日俱增。

　　中国科学院院长、党组书记白春礼在昨天的发布会上表示，“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，实现了“领跑者”的转变。

　　世界级高难度动作

　　今天凌晨发表的两篇论文，好比完成了量子通信技术界的两大“世界级高难度动作”。一篇论文，展示了科学家用相互纠缠的光子安全地传送了至关重要的量子密钥，被《自然》审稿人称赞为 “令人钦佩的成就”“本领域的一个里程碑”。这是量子通信的一大“核心机密”一——量子密钥分发。中国“墨子号”卫星所实现的星地量子密钥分发，在轨成码率超越了过去方法20个数量级。据中国科学院院士、量子卫星首席科学家潘建伟介绍，基于量子不可分割和无法克隆的特性，量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户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通信方式。

　　另一篇论文，则展示了如何用处于纠缠态的光子来实现量子力学中最著名却神秘莫测的“奥秘”——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，而不用传送物质本身。远距离量子隐形传态是实现分布式量子信息处理网络的基本单元。清华大学物理系教授王向斌撰文解读说，这就好像电报一样只传信息不传物理载体，不同的是，在这里，“电报”的发送者和接收者都无需知道“电报”内容却能完成电报的信息传输。审稿人称赞说“这些结果代表了远距离量子通信持续探索中的重大突破”“它代表了量子通信方案现实实现中的重大进步”。

　　科创上海为此提前布局

　　值得一提的是，“墨子号”量子卫星的多项关键技术来自“科创上海”提前布局和潜心钻研的成果。 “墨子号”量子卫星上的载荷由中科院上海技术物理研究所和中国科学技术大学共同研制，卫星平台则由上海微小卫星工程中心担纲研制，量子通信地面站建设由中科院上海光学精密机械研究所参与承担。

　　上海也是中国量子通信科研的“前沿重镇”。潘建伟同时还是中国科学技术大学上海研究院量子工程中心主任。早在2003年，潘建伟开始着手进行星地量子通信研究时，在中国科学院以及上海地方政府的协调下，与中科院上海技术物理研究所、微小卫星工程中心、上海光学精密机械研究所、光电技术研究所等单位合作，同时委派学生去国际一流大学的实验室学习前沿技术，终于在光的产生、操作、存储、传输、探测各个方面都“有人可用”。 中科大上海研究院落户浦东，潘建伟也将卫星量子通信的“研究前线”建在了上海。“正是因为有了中国科学院，上海地方政府以及各方相关部门的通力合作，让中国仅用了十多年的时间，就站在了星地量子通信领域的世界最前列。”他曾如是告诉本报记者。（新民晚报记者 董纯蕾）