全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”成功發(fā)射

王晉嵐

據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實驗室、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心報道，2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空?！澳犹枴奔s640千克，設(shè)計壽命為2年，運行在高度約500公里的極地軌道。目前“墨子號”已進入預(yù)定軌道，開始為期約3個月的在軌測試?！澳犹枴笔侵锌圃嚎臻g科學(xué)先導(dǎo)專項首批確定立項研制的4顆科學(xué)實驗衛(wèi)星之一，其成功發(fā)射和在軌運行，不僅將助力于我國廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，服務(wù)于國家信息安全，還將開展對量子力學(xué)基本問題的空間尺度實驗檢驗，加深人類對量子力學(xué)自身的理解。

量子通信基于量子物理學(xué)的基本原理，克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴格證明是無條件安全的通信方式，可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問題。目前，基于光纖的城域和城際量子通信技術(shù)正在走向?qū)嵱没彤a(chǎn)業(yè)化，我國在這方面已經(jīng)走在世界前列。但由于光纖的固有損耗以及單光子狀態(tài)的不可復(fù)制性，目前點對點光纖量子通信的距離難以突破百公里量級。因此，要實現(xiàn)廣域乃至全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)，還需要借助衛(wèi)星的中轉(zhuǎn)。

2003年，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊率先開展遠距離自由空間量子通信實驗研究。2004年底，團隊在合肥市大蜀山實現(xiàn)了13公里自由空間的量子糾纏分發(fā)和量子密鑰分發(fā)，在國際上首次證實了光子糾纏態(tài)在穿透大氣層后，其量子性質(zhì)仍然能有效保持，驗證了星地量子通信的可行性。此后，在“遠距離量子通信實驗研究”和“空間尺度量子實驗關(guān)鍵技術(shù)與驗證”兩個中科院知識創(chuàng)新工程重大項目的支持下'潘建偉團隊聯(lián)合中科院上海技術(shù)物理研究所、中科院微小衛(wèi)星工程中心等單位，先后實現(xiàn)了16公里自由空間量子隱形傳態(tài)，100公里級自由空間量子隱形傳態(tài)和雙向量子糾纏分發(fā)，星地量子通信的全方位地基驗證等重要實驗，為實現(xiàn)星地量子通信奠定了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

在完成上述系列關(guān)鍵技術(shù)突破的基礎(chǔ)上，2011年底，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)牽頭提出并策劃的中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”正式立項。量子科學(xué)實驗衛(wèi)星建設(shè)和研制任務(wù)包括衛(wèi)星系統(tǒng)、運載火箭系統(tǒng)、發(fā)射場系統(tǒng)、地面支撐系統(tǒng)、測控系統(tǒng)和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)六大系統(tǒng)。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)牽頭負責(zé)確立整個專項的科學(xué)研究目標、總體技術(shù)目標和總體實驗基本方案，負責(zé)科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的研制，并與中科院上海技術(shù)物理研究所合作完成有效載荷研制，包括負責(zé)研制量子糾纏源、量子實驗控制與處理機，參與研制量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機；上海微小衛(wèi)星工程中心負責(zé)衛(wèi)星平臺研制；中科院國家天文臺和中科院光電技術(shù)研究所負責(zé)量子通信地面站的建設(shè)。