“墨子号： 树起量子通信中国标杆”

本篇文章2467字，读完约6分钟

近日，美国科学促进会宣布，墨子号量子科学实验卫星科研团队获得年度克利夫兰奖，表彰该团队通过实现千公里级恒星双向量子纠缠，为推进大规模量子通信实验研究做出的杰出贡献。 这是该奖设立90多年来，中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。 几个月前，即去年12月17日，墨子号量子科学实验卫星建成的洲际量子密钥相继问世，进入了美国物理学会年度国际物理学界的10个重大进展。

圆满实现三个科学目标

墨子号量子卫星圆满实现了预定的三个科学目标，为我国未来继续引领世界量子通信技术的快速发展和空之间尺度量子物理基本问题检测的前沿研究奠定了坚实的科学和技术基础。 中国科学技术大学教授潘建伟告诉科技日报记者。

由于量子不可克隆原理，量子通信的信号不像经典通信那样放大，而且由于光纤信道的固有衰减，量子通信的距离受到很大限制。 由于外粗空几乎为真空，所以利用光信号的损失非常小的优点，可以通过卫星辅助来大幅扩大量子通信距离。 潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先锋实验研究。 墨子号量子科学实验卫星于年8月16日在酒泉卫星发射中心发射，年1月18日正式进行科学实验。

星星的高速量子密钥相继被发送是墨子号量子卫星的科学目标之一。 墨子号量子卫星与河北兴隆地面光学局建立了光链路，在1200公里的通信距离内，星地量子密钥的传输效率比地面光纤信道高出20位数(兆倍)。

实现球星量子隐形传态是墨子号量子卫星的另一个科学目标。 量子隐形状态利用量子纠缠可以把粒子未知的量子状态准确地传送到很远的地方，而不是传送粒子本身。 墨子号量子隐形实验采用了从地面与光子缠绕，在天上接收的方法。 卫星通过时与海拔5100米的西藏阿里地面站建立了光链路，地面光源每秒发生8000个量子隐形状态的事例，纠缠墨子号量子卫星发射光子，实验通信距离为500公里至1400公里，所有6个传输等待状态的可靠性在99.7%以上，

量子纠缠被爱因斯坦称为鬼魅般的超距离作用，也是量子力学最不可思议的现象之一。 由于量子纠缠非常脆弱，所以过去的量子纠缠每次实验都停留在一百公里的距离上。 这样鬼魅的超距离作用还存在于更远的距离吗？ 受重力等其他因素的影响吗？ 作为卫星的三大科学实验任务之一，墨子号量子卫星在国际上首次以空间的尺度逐一进行了量子纠缠实验。

墨子号上的纠缠源负载每秒产生800万个纠缠光子对，可以以每秒一对的速度在地面超过1200公里的两个台站之间建立量子纠缠，量子纠缠的传输衰减仅为地面光纤的1兆分之一。

开启全球量子通信时代

将量子科学实验卫星用墨子号取得的一系列科学实验成果，在国际上受到了隆重的赞誉和好评，打开了全球化量子通信时代的大门。

每一颗星量子密钥的实现，都为构建覆盖全球的量子保密通信互联网奠定了可靠的技术基础。 以此为基础，通过可靠地中继卫星，可以实现地球上任意两点的密钥共享，范围可以扩大到逐个覆盖世界。 此外，量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网的互联，可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信互联网。

星纠缠和地星量子隐形传态的实现，是利用量子纠缠建立的量子通道，构建量子新闻解决互联网的基本单位，并与未来大规模量子互联网和量子通信实验研究的开展，以及外太空广义相对论、量子

在墨子号三大预定科学实验任务完成后，年初，通过与奥地利科学院的国际合作，墨子号量子卫星首次实现了北京与维也纳之间约7600公里远的洲际量子保密通信。 这个成果也被美国物理学会选为年度国际物理学的十大进展之一。

年，被誉为诺奖风向标的沃尔夫物理学奖在获奖者介绍中表示，量子密钥个个成功商业化，在光纤上已可达到数百公里，在卫星上可达到数千公里。 这两个记录是潘建伟团队创造的，一个是光纤量子密钥一个从最远的安全距离到404公里，一个是墨子号达到的星地1200公里，这是中国科学家的贡献，也是中国量子通信引领世界的标志。

量子通信利用量子力学的原理控制量子状态，可以完成经典通信无法完成的任务。 潘建伟表示，不断发送量子密钥可以实现无条件安全的密钥，无论窃听者是宇宙中最强的计算机还是量子计算机，都无法破解加密新闻。 使用量子密钥逐一发布技术，有助于实现通信安全中机密性、真实性、不可否认性的无条件安全。 也就是说，不能破译通信密码，保证对方身份真实可靠，保证新闻不被篡改。

标准化是产业成熟迅速发展的基础

年，中国开始建设量子保密通信京沪干线工程，目前，除按计划接入的金融客户外，电力系统、大数据网络公司也接入，央行已经制定了金融行业接入采用的相关标准。

而且，世界主要发达国家已经或正在加紧实施远程量子通信干线工程。 意大利量子通信骨干网的客户是意大利国家计量研究院、 囊括欧洲非线性光谱实验室等多个研究机构和企业的英国建设英国国家量子通信测试互联网俄罗斯量子中心建设了实用的量子通信线路用于传播实际金融数据韩国第一阶段环首尔地区的量子秘密通信互联网包括公共行政事务、警察、邮政等

北京干线带动了整个产业链的快速发展，特别是在核心零部件国产化和相关标准的制定方面。 潘建伟表示，目前最先进的量子保密通信技术(或量子密钥层出不穷，qkd )发展迅速，取得了长足的进步，但要进一步实现qkd从实用化到产业化规模的应用，还面临着许多挑战。 其中，标准化是重要的一步，是未来产业成熟迅速发展的基础。

目前，我国正在全力推进qkd标准化相关事业。 年6月，工信部中国通信标准化协会( ccsa )成立了量子通信和新闻技术特设小组，已有44家会员单位，涉及量子保密通信标准体系的术语、应用场景、网络架构、技术要求、测试方法、应用接口等副本 另外，我国专家在iso/iec国际标准化组织启动了qkd全球首个国际标准项目，正式启动了qkd的国际标准化进程。

正如任何新技术的迅速发展一样，量子通信技术的应用和迅速发展也需要实验和应用示范。 对于工程化和实用化，潘建伟一直持有这种观点，一方面要仔细论证，另一方面要积极部署。 正因为有应用才有进步，才有未来。 (记者吴长锋)