中國成功發射世界首顆量子衛星“墨子號”：首席科學家解釋細節

【亞太日報訊】2016年8月16日1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。中國將成為全球第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家，我國將實現“天地一體化”量子通信網絡的初步構建，這也將成為量子通信領域的中國最強音。

作為迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式，量子通信技術在金融、軍事和政務等領域的應用前景得到了世界各國的廣泛關註，美國、日本等國也啟動了相關的研究計劃。此次“墨子號”的發射，更鞏固了我國在量子通信領域的世界領先地位。

發射現場照片。圖/中新網

“量子衛星”是什麽？

那麽什麽是量子衛星呢？據專家解釋，這是一種加密通信，跟發電報和網絡支付很相似，只不過在生成和發送密碼的時候利用了量子力學。

據了解，“墨子號”量子科學實驗衛星是中科院空間科學先導專項首批4顆科學衛星之一，是繼暗物質粒子探測衛星“悟空”、微重力返回式科學實驗衛星“實踐十號”之後的第三顆科學實驗衛星，其主要任務是開展基於衛星平台的廣域量子通信和量子力學基礎原理檢驗。

“墨子號”實驗的任務與難點

中國科學技術大學常務副校長、中科院量子科學實驗衛星先導專項首席科學家潘建偉表示，此次“墨子號”量子實驗衛星的主要科研任務有三個：首先，通過量子衛星實現衛星和地面的量子密鑰分發，從而實現廣域的量子保密通信。其次，“墨子號”還承擔著對量子力學本身的基本原理進行檢驗的實驗任務。第三，“墨子號”將連接中國和奧地利之間的量子通信網，以證明全球規模的量子通信網絡設想是可行的。

示意圖：衛星發出壹對糾纏光子，兩個站同時收到。圖/網易科技

此外，在量子通信技術的研發過程中，單個光量子的制備和探測是主要的兩個技術難題。首先，制備單個光量子的技術難題。潘建偉舉了一個非常形象化的例子來解釋這一關鍵技術的難度：一個普通的十五瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數可以達到百億億個，想要實現單個光量子的制備就如同在這百億億個光量子發射出來的瞬間捕捉到其中的某一個，技術難度可想而知。另一個難題是單光子的探測。單個光子已經是光能量的最小單元，能量是非常微弱的，需要發展出非常精密和高效的單光子探測技術。具備了單個光量子的制備和探測的能力後，我們就可以用來實現安全的量子通信了。

潘建偉還介紹道，作為建設“天地一體化”通信網絡的重要組成部分，“墨子號”量子衛星與普通衛星相比存在著巨大的差異。發射升空的量子衛星以及建設在地面的多個地面觀測站，共同組成了前所未有的覆蓋地面和空間的巨大實驗網絡。

前人努力的結果

中科院微小衛星創新研究院。圖/華社發

潘建偉曾經在接受采訪時談到，作為量子通信領域的技術強國，中國正從經典信息技術的跟隨者，轉變成未來信息技術的並跑者乃至領跑者。回顧中國量子通信領域的發展歷程，成績的取得當然離不開先輩科學家們孜孜不倦的奮鬥與拼搏。

量子通信是目前為止唯一被嚴格證明可提供無條件安全的保密通信手段。隨著我國發射全球第一顆量子實驗衛星以及 “京滬幹線”的建成,都將奠定中國在量子通信領域的領跑地位。目前，在量子通信領域，無論是科學研究還是實際應用，我國都已處於世界領先水平，我們也期待著，量子通信從理論到實驗再到實踐的完美蛻變。