中国首颗量子卫星“墨子号”开启星际之旅

　　【中国智能制造网 智造快讯】8月16日凌晨，被命名为“墨子号”的中国首颗量子科学实验卫星开启星际之旅。它承载着探索星地量子通信可能性的使命，并将在空间尺度验证量子理论的真实性。　　在量子卫星科学家潘建伟院士看来，如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。
　　
　　信息安全的“武器”
　　
　　量子科学，对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连，就与我们每个人息息相关。当今社会，信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“武器”。
　　
　　在物理王国里，量子理论是一个百岁的“幽灵”，爱因斯坦也曾被它的“诡异”所困扰。
　　
　　在量子世界中，一个物体可以同时处在多个位置，一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上；所有物体都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波；两个处于“纠缠态”的粒子，即使相距遥远也具有“心电感应”，一个发生变化，另一个会瞬时发生相应改变……
　　
　　正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性，才构成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性，所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。
　　
　　“传统的信息安全都是依赖于复杂的算法，只要计算能力足够强大，再复杂的保密算法都能够被破解。量子通信能做到安全，是由量子自身的特性所决定的，计算能力再强也破解不了，因此它是革命性的，可从根本上、性解决信息安全问题。”潘建伟说。
　　
　　量子通信系统的问世，点燃了建造“安全”通信系统的希望。当前，量子通信的实用化和产业化已经成为各个大国争相追逐的目标。
　　
　　在量子通信的赛跑中，中国属于后来者。经过多年的努力，中国已经跻身于的量子信息研究行列，在城域量子通信技术方面也走在了世界前列，建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。
　　
　　然而，这只是开始。“在城市范围内，通过光纤构建城域量子通信网络是佳方案。但要实现远距离甚至量子通信，仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。
　　
　　他解释说，因为量子的信息携带者光子在光纤里传播一百公里之后大约只有1‰的信号可以到达后的接收站，所以光纤量子通信达到百公里量级就很难再突破。但光子穿透整个大气层后却可以保留80％左右，再利用卫星的中转，就可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖的广域量子保密通信。
　　
　　另外，诞生百年的量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验，但却从未在太空尺度验证过。量子理论的各种奇异现象在太空中是否还存在？量子纠缠和隐形传输是否可以延伸到星地之间？这些都需要卫星去验证。
　　
　　2011年，中科院正式启动首颗“量子科学实验卫星”的研制，这既意味着中国科学家向星地量子通信发起挑战，更意味着中国或将欧美获得量子通信覆盖的能力。
　　
　　“四种武器”挑战四大实验任务
　　
　　目前，上还没有一个国家将量子科学实验送入空间，量子卫星的研制没有任何经验可循，过程充满了困难和挑战。
　　
　　科学家在量子卫星上搭载了自主研发的“四种武器”：量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。
　　
　　同时，在地面建设了科学应用系统，包括1个中心——合肥量子科学实验中心；4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站；1个平台——阿里量子隐形传态实验平台。
　　
　　卫星与地面站共同构成天地一体化量子科学实验系统，在两年的设计寿命期间将进行四大实验任务——星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验。
　　
　　潘建伟介绍，实验大致分为三类：类是进行卫星和地面之间的量子密钥分发，实现天地之间的安全通信，如果4个地面站任何两两之间都可以实现安全的通讯，即可实现组网；第二类相当于把量子实验室搬到太空，在空间尺度检验量子理论；第三类是实现卫星和地面千公里量级的量子态隐形传输。