AR看科技之五：量子通信

2016年8月16日，我國自主研制的世界第一量子通信衛(wèi)星“墨子”號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，標(biāo)志著我國空間科學(xué)研究邁出了重要的一步，而對于量子物理來說，或許一切才剛剛拉開帷幕。

（圖片來源百度百科）

量子被認(rèn)為是物理世界里最小的、不可分割的基本個體，量子擁有很多特性，比如量子態(tài)疊加、量子糾纏、量子不可克隆定理等等；“墨子號”量子衛(wèi)星就是要利用量子的這些特性來做一系列的科學(xué)實驗。

（圖片來源百度百科）

“墨子號”衛(wèi)星是距離地球表面500公里高度的低軌道衛(wèi)星，它在我國境內(nèi)的過境時間只有短短幾分鐘，通過分布在興隆、阿里、南山等。它也是中國研制的首顆空間量子科學(xué)實驗衛(wèi)星。2017年8月10日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊宣布，全球首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”提前完成三大科學(xué)實驗任務(wù)，即：量子糾纏分發(fā)、量子密鑰分發(fā)、量子隱形傳態(tài)。

（視頻來源新華社，軟件來源中科大先研院）

“墨子號”衛(wèi)星有四大主要部件：量子糾纏源、量子實驗控制與處理機(jī)、量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)。

量子糾纏源

量子糾纏源能夠產(chǎn)生糾纏在一起的兩個光子，這也是實現(xiàn)量子通信的最基本要素。我國的科學(xué)家把地面上體積巨大的糾纏源，濃縮得只有機(jī)頂盒那么小，這樣就可以讓它在太空中大顯神通了。

量子實驗控制與處理機(jī)

量子實驗控制與處理機(jī)相當(dāng)于墨子號的大腦，它可以保證衛(wèi)星向地面站傳輸量子密鑰時衛(wèi)星和地面上的望遠(yuǎn)鏡始終精確對準(zhǔn)。

量子密鑰通信機(jī)

通過量子密鑰通信機(jī)，科學(xué)家實現(xiàn)了衛(wèi)星與地面之間的量子密鑰分發(fā)，開展絕對安全的保密通信實驗。

量子糾纏發(fā)射機(jī)

量子糾纏發(fā)射機(jī)是用來發(fā)射光子的，量子糾纏源產(chǎn)生兩個糾纏在一起的光子之后，發(fā)射機(jī)可以加兩個糾纏光子，分別發(fā)向兩個地面站，實現(xiàn)在空間尺度上的量子糾纏分發(fā)實驗。

“墨子號”之名取自于我國科學(xué)家先賢——哲學(xué)家、墨家學(xué)派創(chuàng)始人墨子，他也是一位鮮為人知的偉大科學(xué)家，《墨經(jīng)》里記載了世界上第一個“小孔成像”實驗，該實驗解釋了小孔成倒像的原因，而這正是現(xiàn)代照相技術(shù)原理的起源。

這個實驗指出了光是沿著直線傳播的，也是第一次對光直線傳播進(jìn)行科學(xué)解釋——這在光學(xué)中是非常重要的一條原理，為量子通信的發(fā)展打下了一定的基礎(chǔ)。取“墨子號”來命名量子衛(wèi)星，和衛(wèi)星本身的意義相符，也體現(xiàn)了我們的文化自信?；蛟S將來有一天，量子粒子可用來作星際的信息遠(yuǎn)程傳輸，且運(yùn)用量子效應(yīng)可使傳送的信息不致被截獲和破譯。

大鵬一日同風(fēng)起，扶搖直上九萬里。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)于2021年1月7日宣布，中國科研團(tuán)隊成功實現(xiàn)了跨越4600公里的星地量子密鑰分發(fā)，標(biāo)志著我國已構(gòu)建出天地一體化廣域量子通信網(wǎng)雛形，為未來實現(xiàn)覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

2012年，潘建偉團(tuán)隊在國際上首次實現(xiàn)百余公里自由空間量子隱形傳態(tài)。10年后，他們成功實現(xiàn)突破，創(chuàng)造了1200公里地表量子態(tài)傳輸?shù)男率澜缂o(jì)錄。據(jù)中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)2022年最新消息，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊利用“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在遠(yuǎn)距離的量子態(tài)傳輸方面取得重要實驗進(jìn)展。該實驗首次實現(xiàn)了地球上相距1200公里兩個地面站之間的量子態(tài)遠(yuǎn)程傳輸，向構(gòu)建全球化量子信息處理和量子通信網(wǎng)絡(luò)邁出重要一步。

除此之外，量子產(chǎn)業(yè)發(fā)展有賴于不斷完善的科研技術(shù)體系和持續(xù)推進(jìn)商業(yè)化應(yīng)用，只有不斷進(jìn)行技術(shù)突破，才能持續(xù)提升商業(yè)化應(yīng)用的質(zhì)量、性能。

在第六屆進(jìn)博會期間，2023長三角G60科創(chuàng)走廊高質(zhì)量發(fā)展要素對接大會在上海召開。會上，中電信量子集團(tuán)與國科量子、科大國盾、循態(tài)量子等企業(yè)代表，共同成立啟動了“長三角G60科創(chuàng)走廊量子密碼應(yīng)用創(chuàng)新聯(lián)盟（中心）”。依托于長三角地區(qū)的科研、產(chǎn)業(yè)、資金、人才等資源優(yōu)勢，近年來量子信息技術(shù)有關(guān)應(yīng)用在長三角地區(qū)持續(xù)落地，已服務(wù)政務(wù)、金融、能源等眾多領(lǐng)域。例如，在合肥，中電信量子集團(tuán)目前已建成全球規(guī)模最大、用戶最多、應(yīng)用最全的量子城域網(wǎng)，發(fā)展量子密話用戶超百萬戶，打造量子移動安全辦公、量子加密政務(wù)云平臺、量子安全稅控監(jiān)管平臺等一批標(biāo)桿案例。

依托中科大的人才優(yōu)勢，安徽正在成為量子科技創(chuàng)新的樞紐重地，圍繞量子通信、量子計算、量子精密測量等領(lǐng)域，積極打造量子創(chuàng)新技術(shù)策源地，以科研成果熟化轉(zhuǎn)化為核心，以關(guān)鍵核心技術(shù)研發(fā)為突破點，以產(chǎn)業(yè)聚集發(fā)展模式為路徑，全力打造“量子科學(xué)”“量子產(chǎn)業(yè)”雙高地，與望江西路平行的云飛路，更因坐落著20余家量子領(lǐng)域上下游關(guān)聯(lián)企業(yè)而被稱為“量子大道”。

當(dāng)前，我國量子科研成果不斷拓展。近年來，眾多安徽量子企業(yè)創(chuàng)新成果呈現(xiàn)“井噴”之勢，跑出了創(chuàng)新發(fā)展的加速度。