量子飞跃 未来可期（“四深”领域这样创新④）(2)

　　2003年，潘建伟提出卫星量子通信这一在国际上没有先例的设想。中国科学院支持潘建伟团队先期开展地面验证试验。经过数年的努力，当各项关键技术的积累已比较充分时，中国科学院又迅速决策，于2011年在国际上率先启动了量子科学实验卫星战略性先导科技专项。

　　为了推进量子科学实验卫星的研制，中国科学院统筹协调了上海技术物理研究所、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、紫金山天文台、国家空间科学中心等院内相关优势研究力量，与中国科大一起协同攻关。潘建伟认为，中国目前科研环境最大的优势就是可以集中力量办大事。正是由于中国科学院的果断决策和快速部署，使得中国在量子太空竞赛中占据先机。

　　量子通信走在前列

　　2016年8月，由潘建伟团队研制的“墨子号”量子科学实验卫星在酒泉卫星发射中心发射升空。这是由中国完全自主研制、世界上第一颗空间量子科学实验卫星，为中国引领世界量子通信技术发展奠定了坚实的科学与技术基础。

　　据量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇介绍，“墨子号”在轨测试阶段全面完成了卫星平台测试、有效载荷自测试和天地一体化链路测试，成功构建了星地单向、星地双向、地星单向量子信道，可以满足空间量子科学实验的要求。“墨子号”在世界上首次建立了天地一体化量子通信实验测试平台，具备了开展空间量子科学实验的条件。

　　“墨子号”的主要应用目标是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发，实现星地量子保密通信，并通过卫星中转实现可覆盖全球的量子保密通信。它可以在外太空以10kbps（千字节/秒）的速率给地面站分发量子密钥，比地面同距离光纤量子通信水平提高了20个数量级以上。这项技术突破使得中国在国际上率先具备了星地量子通信能力。

　　“墨子号”的另一前沿研究目标是在量子物理基本问题检验领域：即通过千公里量级的量子纠缠分发，首次在空间尺度检验量子力学的非定域性，并利用量子纠缠在地面和卫星之间实现量子隐形传态。此举将使得人类首次具有在空间尺度开展量子科学实验的能力，并为未来在外太空开展广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验做好了坚实的技术准备。

　　“墨子号”是中国在过去20年间大力发展量子信息技术的一个缩影。“因为中国在这个领域起步较早，也得到国家重视，所以一直保持一定优势。”潘建伟介绍，针对广域量子通信的发展，国际上有3种技术路线：通过光纤实现城域量子通信网络；通过中继器实现城际量子通信；通过卫星中转实现远距离量子通信。

　　中国在实用化城域光纤量子通信网络方面已经取得了较多进展。如2007年，实现了光纤量子通信的安全距离首次突破100公里；2008年，建成首个全通型城域量子通信网络；2012年，建成46个节点的规模化量子通信网络，并将“基于量子通信的高安全通信保障系统”投入永久运行。

　　在基于可信中继的城际量子通信网络方面，中国已建立光纤总长超2000公里的京沪干线，覆盖四省三市共32个节点，是世界上最远距离的基于可信中继方案的量子安全密钥分发干线，于2017年8月底完成验收。目前，量子京沪干线已接入包括金融、电力、政务等上百多家行业用户，并通过多种安全性测试。

　　而第三种发展路线——在全球范围内覆盖各类海岛、远洋船舶、驻外机构等光纤难以或者无法到达的地方，“墨子号”的发射填补了这一空白。