发展量子通信为何要上天？(2)

　　既然地面走不通，上天就成了一个可能的选择。“利用外太空几乎真空、光信号损耗非常小的特点，通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信的距离。” 廖胜凯表示，“此外，由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势，使用卫星进行量子通信是全球尺度上实现超远距离实用化量子通信最有希望的途径之一。”

　　廖胜凯介绍，按照轨道的高度划分，量子卫星可以分为低轨卫星（2000公里以下）、中轨卫星（2000—20000公里）和高轨卫星（20000公里以上）三种。“这些卫星上搭载了一些量子通信的器件，可以完成量子通信的某些任务，因此被称为量子卫星。” 廖胜凯说。

　　量子卫星同样可以按照重量划分，分为小卫星（100—500kg）、微卫星（10—100kg）、纳卫星（1—10kg）、皮卫星（0.1—1kg）、飞卫星（10—100g）。“一般来说，卫星越小，发射成本越低，性价比也就越高。”廖胜凯说。

　　廖胜凯指出，量子卫星的一个重要作用是作为中继扩展量子通信的距离，从而实现远距离、高难度的通信。“用于量子通信的地面基站（即可信中继）一般需要数十公里就布设一个，成本高且维护不易。如果采用卫星传递信息，一切问题都将迎刃而解。”廖胜凯说。

　　美好未来可期待

　　尽管量子卫星功能十分强大，但要想真正起到对广域量子通信的支撑性作用，仅仅依靠一颗量子卫星显然是不够的。需要更多的量子卫星团结协作，形成卫星组网。

　　廖胜凯介绍，通常来说，实现卫星组网有两类解决方案。一类是依靠大量的低轨卫星构成实时覆盖的网络。铱星计划、星链计划等均属于此类。“低轨卫星经过地面站的通信时间往往仅有数分钟，因此需要数百乃至数万颗卫星。”廖胜凯说。

　　另一类则主要靠中高轨卫星，如相对地面静止的地球同步轨道卫星。“地球同步轨道大约为36000千米高，也就是目前广播电视卫星、常规通信卫星所处的轨道。”廖胜凯表示，“一般来说，三颗地球同步轨道卫星即可完成全球范围覆盖。”

　　廖胜凯介绍，通常来说，低轨卫星轨道低、信号强、传输速率高，但是过境时间短，传输的信息量少；高轨卫星轨道高、信号弱、传输速率低，但是传输时间长，几乎可以全天时工作，传输的信息量大；中轨道卫星则处在高轨卫星和低轨卫星之间，兼有两者的特点。

　　“具体采用哪种形式的卫星，应根据需要选择。在一个采用卫星建立的量子网络中，往往需要综合利用三种类型的卫星。”廖胜凯表示。在量子卫星的加持下，量子通信已经取得了极大的进步。但在廖胜凯看来，想要真正实现大规模的应用，需要在政策与技术两方面继续努力。

　　从技术上看，量子通信还应该朝着提高码率、提升距离、降低成本等方面发展。“目前量子通信的成熟产品成码率还较低，通常仅能达到数千比特每秒（kbps）的水平，需要和对称密码算法结合使用，实现大数据率加密保护；另一方面，成熟产品的成本较高，不利于大规模推广应用。”廖胜凯介绍。

　　从政策上看，作为密码技术中密钥分发或者密钥协商的一种方式，量子通信需要满足密码应用的合规性，形成行业标准，之后才能广泛应用推广。“虽然通过近十年的努力，国内外初步形成和发布了一些标准，但还需加大支持力度，形成完备的体系并完善测评认证能力，才能支持规模化应用。”廖胜凯说。

　　尽管面临一些挑战，但量子通信所能带来的未来无疑是极其令人向往的。“设想一下，在未来每个人的隐私都能得到有效保护，千万里无损传信也会易如反掌。”廖胜凯表示，“我始终相信，量子通信将带领人类走向一个更加美好的未来！”（实习记者 李诏宇）

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