厲害！中國“墨子號”量子衛星領跑全球

　　★

　　去年八月，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，“搭乘”長征二號丁運載火箭，從酒泉衛星發射中心順利升空，開始了量子衛星的首次星際航行，也開啟了人類邁向未來量子網際網路的新徵途。今年八月，在全世界的矚目中，“墨子號”交出了一份優秀的科學“答卷”，讓被稱為資訊保安領域“完美金鑰”的量子通訊方式，突破了天空的限制，使得安全通訊速率比傳統技術提升萬億億倍，完成了通向實用化的關鍵飛躍——這不僅僅是某個科研團隊的成功，也是人類挑戰量子技術極限的巨大成就。

　　★

　　2016年11月28日，在河北興隆觀測站，“墨子號”量子科學實驗衛星過境，科研人員在做實驗（合成照片）。 新華社記者 金立旺 攝

　　相關連結

　　形象地說，整個世界就是由量子組成的，因為所有的基本粒子，包括電子、光子，都是量子。量子的資訊攜帶者——光子，在光纖中可以完成短距離傳播，在大氣層中卻可以傳遞幾千公里，但超過一定的距離限度又會失去訊號，所以需要衛星“伸出援手”。這張量子通訊“天地網”織就後，海量資訊就可以在其中來去穿梭如影，“無條件”安全。中國預計在2030年實現量子通訊的全球化，這除了需要量子衛星發揮功效，還需要地面上的光纖量子通訊骨幹網路協同完成任務。骨幹網路即光纖量子通訊骨幹網工程——“京滬幹線”專案：在北京和上海之間實現量子通訊，總長2000餘公里，從北京出發，經過濟南、合肥再到上海。

　　中國科技大學潘建偉、彭承志團隊聯合中科院上海技術物理研究所等單位宣佈，中科院聯合研究團隊利用“墨子號”量子科學實驗衛星，在國際上首次成功實現了從衛星到地面的量子秘鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態。這兩項重要的原創科學成果，今天凌晨線上發表於國際權威學術期刊《自然》（Nature）。前不久，潘建偉團隊已在國際上率先實現千公里級星地雙向量子糾纏分發和量子力學非定域性檢驗的研究成果，並發表於國際權威學術期刊《科學》（Science）。

　　至此，中國科學院昨天在京召開新聞釋出會對外宣佈，“墨子號”量子科學實驗衛星提前並圓滿實現全部三大既定科學目標，為我國在未來繼續引領世界量子通訊技術發展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎。

　　“墨子號”開展量子金鑰分發，2017年5月攝於烏魯木齊南山，多張照片合成了衛星過境全貌。（中科院供圖）

　　令全球激動的訊息

　　“潘建偉和他的研究團隊順利完成了三項量子實驗，這些實驗將會是全球任何基於空間的量子網路的核心組成部分。以前人們會說量子技術的極限在天邊，但這說法其實有些保守了。”《自然》雜誌物理科學主編卡爾·齊姆勒斯（Karl Ziemelis）如是肯定中國“墨子號”量子通訊衛星的科學實驗成果。他相信：“無論距離多遠都能在相互糾纏的光子之間保持量子力學的微妙聯絡的能力，賦予量子通訊網路特殊的屬性。量子金鑰是保障通訊極高保密性的關鍵。在沒有金鑰的情況下是無法讀到這些通訊的，如果有他人竊聽了金鑰，量子力學的原理保證了你一定會知道，從而使通訊安全性又上了一層樓。”

　　量子通訊被譽為第二次資訊革命的排頭兵。眾所周知，通訊安全是國家資訊保安和人類經濟社會生活的基本需求。傳統加密技術，在原理上便“先天”存在被破譯的可能。與此同時，隨著數學的發展和電腦計算能力的不斷提升，經典密碼被破譯的可能性與日俱增。

　　中國科學院院長、黨組書記白春禮在昨天的釋出會上表示，“墨子號”開啟了全球化量子通訊、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門，為我國在國際上搶佔了量子科技創新制高點，實現了“領跑者”的轉變。

　　世界級高難度動作

　　今天凌晨發表的兩篇論文，好比完成了量子通訊技術界的兩大“世界級高難度動作”。一篇論文，展示了科學家用相互糾纏的光子安全地傳送了至關重要的量子金鑰，被《自然》審稿人稱讚為 “令人欽佩的成就”“本領域的一個里程碑”。這是量子通訊的一大“核心機密”一——量子金鑰分發。中國“墨子號”衛星所實現的星地量子金鑰分發，在軌成位元速率超越了過去方法20個數量級。據中國科學院院士、量子衛星首席科學家潘建偉介紹，基於量子不可分割和無法克隆的特性，量子金鑰分發透過量子態的傳輸，在遙遠兩地的使用者共享無條件安全的金鑰，利用該金鑰對資訊進行一次一密的嚴格加密，這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全通訊方式。

　　另一篇論文，則展示瞭如何用處於糾纏態的光子來實現量子力學中最著名卻神秘莫測的“奧秘”——量子隱形傳態。它利用量子糾纏可以將物質的未知量子態精確傳送到遙遠地點，而不用傳送物質本身。遠距離量子隱形傳態是實現分散式量子資訊處理網路的基本單元。清華大學物理系教授王向斌撰文解讀說，這就好像電報一樣只傳資訊不傳物理載體，不同的是，在這裡，“電報”的傳送者和接收者都無需知道“電報”內容卻能完成電報的資訊傳輸。審稿人稱讚說“這些結果代表了遠距離量子通訊持續探索中的重大突破”“它代表了量子通訊方案現實實現中的重大進步”。

　　科創上海為此提前佈局

　　值得一提的是，“墨子號”量子衛星的多項關鍵技術來自“科創上海”提前佈局和潛心鑽研的成果。 “墨子號”量子衛星上的載荷由中科院上海技術物理研究所和中國科學技術大學共同研製，衛星平臺則由上海微小衛星工程中心擔綱研製，量子通訊地面站建設由中科院上海光學精密機械研究所參與承擔。

　　上海也是中國量子通訊科研的“前沿重鎮”。潘建偉同時還是中國科學技術大學上海研究院量子工程中心主任。早在2003年，潘建偉開始著手進行星地量子通訊研究時，在中國科學院以及上海地方政府的協調下，與中科院上海技術物理研究所、微小衛星工程中心、上海光學精密機械研究所、光電技術研究所等單位合作，同時委派學生去國際一流大學的實驗室學習前沿技術，終於在光的產生、操作、儲存、傳輸、探測各個方面都“有人可用”。 中科大上海研究院落戶浦東，潘建偉也將衛星量子通訊的“研究前線”建在了上海。“正是因為有了中國科學院，上海地方政府以及各方相關部門的通力合作，讓中國僅用了十多年的時間，就站在了星地量子通訊領域的世界最前列。”他曾如是告訴本報記者。

　　最後貼一張中科院提供的量子衛星與新疆南山站建立鏈路時工作人員合影，小編覺得這張合影有種迷之萌感，有木有？

　　新民晚報記者 董純蕾

　　圖片來自網路

　　一起喝杯科學咖啡吧~

　　中國科學家打破了量子糾纏的距離記錄。透過糾纏的光子傳輸資訊以前只可能達到100公里(62英里)，但是使用8月份發射的Micius衛星，資訊有效地傳輸到1200公里(746英里)。

　　量子糾纏是一種奇怪的現象，甚至愛因斯坦也反對它的存在，它以“遠處的幽靈行動”而著名。“成對的粒子可以不可分割地聯絡在一起，從本質上講，這一過程可以被用來瞬間“傳送”資訊在理論上的無限距離，這是愛因斯坦提出的觀點:它違反了廣義相對論的定律，即沒有什麼東西能比光速快。

　　量子效應對環境的干擾非常敏感。之前的實驗將光子放在光纖中，以保護光子，將資訊從粒子傳遞到粒子。此方法用於設定前100公里的記錄，但是距離越長，訊息丟失或失真的機率就越高。

　　(2017-06-17)

　　導讀

　　隨著我國量子技術在應用方面的不斷嘗試與突破。從最開始關注量子通訊，到後面的量子衛星，再到本月初的量子計算機。把所有這些技術連線起來一想，小編

　　量子通訊網路

　　2016年11月16日，上海到合肥的量子幹路當日開通。我國量子通訊科學家潘建偉說，為實現廣域量子通訊網路，理想的方法是先用光纖實現都會網路；利用衛星實現廣域網。量子通訊都會網路的技術目前已比較成熟。

　　量子衛星

　　2016年8月16日1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。我國在世界上首次實現地空量子通訊，這種方式能極大提高通訊保密性。期間，墨子號進行了星地高速量子金鑰分發實驗、廣域量子通訊網路實驗、星地量子糾纏分發實驗、地星量子隱形傳態實驗。

　　今年5月，中科大潘建偉院士團隊構建了世界首臺超越早期經典計算機的光量子計算機。潘建偉團隊還與浙江大學王浩華教授課題組合作，實現了目前世界上最大數目（10個）超導量子位元的糾纏。中國目前在傳統計算機CPU領域已經追趕了幾十年，至今仍然落後於西方，也許現在的位元量子處理器才能真正的帶給我們趕超西方的希望。潘建偉團隊中的最年輕的35歲科學家陸朝陽在近期演講中也表示，到2030年，50個量子位的新一代計算機投入實際應用，絕非幻想。

　　我國科研團隊研發的10位元量子處理器

　　不可忽視西方，不可盲目樂觀

　　目前，上面提到的我國在量子方面的突破當然是值得我們驕傲的。但我們也要時刻注意西方的發展進度。尤其是美國的大學，多的就是人才。5月初潘建偉團隊做報告時就公開表示，美國在量子計算機方面的人才是中國的數倍。而且他們不只一個機構在研究。中國在這方面的發展其實壓力很大，不可盲目樂觀。

　　宣告：小編目前只在上釋出文章，其它平臺請勿抄襲轉載！

　　(2017-05-30)

　　本報北京10月12日電（中國青年報·中青線上記者邱晨輝 實習生歐陽伊嵐）記者今天從中科院在北京召開新聞釋出會上獲悉，全球首顆量子科學實驗衛星“墨子號”正在開展為期3個月的在軌測試，目前狀態良好，預計11月中旬完成全部在軌測試工作，隨後衛星將交付使用，正式開始科學實驗。

　　量子科學實驗衛星“墨子號”於今年8月16日在酒泉衛星發射中心成功發射，這是我國科學家向“無條件安全通訊”的目標而邁出的重要一步，也意味著我國將在世界上率先實踐星地量子通訊，有望構建天地一體化的量子科學實驗體系。

　　當天，量子科學實驗衛星首席科學家、中科院院士潘建偉介紹，量子科學實驗衛星任務計劃分為3個階段，包括髮射入軌、在軌測試和開展實驗階段。目前正處於第二階段即在軌測試，主要包括衛星平臺測試、有效載荷測試、天地鏈路測試三部分，目前衛星平臺測試和有效載荷測試已經完成，天地鏈路測試部分完成。

　　潘建偉說，根據已有的測試顯示，衛星平臺方面，電池組狀態正常，太陽帆板供電正常；遙控成功率100％；衛星姿控系統執行正常，效能穩定。有效載荷方面，各單機開機檢查，狀態均正常；載荷內部光軸匹配精度滿足任務要求；完成載荷單光子探測專項測試，指標符合預期；完成對所有地面站的跟瞄，穩定性良好，跟蹤精度滿足要求；糾纏源工作正常，光源亮度等指標滿足任務要求。

　　天地鏈路測試是其中十分關鍵的一步，潘建偉說：“只要天地鏈路建立起來，就意味著量子衛星可以沿著信標光導引的路徑將量子訊號傳遞下來。”目前，量子衛星已完成了與興隆站、德令哈站、南山站的單站跟瞄測試，建立了天地鏈路；同時還完成了南山站與德令哈雙站跟瞄測試，建立了雙邊糾纏光鏈路；此外完成與阿里站的跟瞄測試，建立了隱形傳態光鏈路。

　　據瞭解，量子衛星的主要科學目標是藉助衛星平臺，進行星地高速量子金鑰分發實驗，並在此基礎上進行廣域量子金鑰網路實驗，以期在空間量子通訊實用化方面取得重大突破。根據潘建偉的說法，目前這三種不同鏈路的打通，就為量子衛星的三大科學任務打下了基礎，接下來的測試中將尋找最佳工作點，並積累有效資料。

　　(2016-10-13)

　　9月29日，河南省魯山縣墨子古街景區廣場上，披著神秘紅紗的的“墨子號量子火箭模型”巍然屹立在這裡。 此前8月16日，由我國科學家自主研製的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”在酒泉衛星發射中心成功發射後。為進一步弘揚墨子文化，彰顯航天精神，中國墨子文化研究中心與中國墨子文化旅遊區研究決定，在墨子古街城門樓旁建“墨子號”量子科學實驗衛星暨發射火箭模型，供遊人觀瞻，以示永久紀念。（攝影：何進文）

　　等待著揭開神秘紅紗的的墨子號量子火箭模型。在全球首顆量子科學衛星“墨子”號成功發射之際，中心收到科學巨匠墨子家鄉的深情祝賀，平頂山市魯山縣也收到了來自中國酒泉衛星發射中心的感謝信。

　　等待著揭開神秘紅紗的的墨子號量子火箭模型，也將繼續傳承我們的墨子文化。

　　等待著揭開神秘紅紗的的墨子號量子火箭模型。

　　墨子號量子火箭模型巍然屹立在這裡。

　　墨子號量子火箭模型巍然屹立在這裡。

　　墨子號量子火箭模型巍然屹立在這裡。

　　航拍墨子號量子火箭模型屹立的街景。

　　航拍墨子號量子火箭模型屹立的街景。

　　航拍墨子號量子火箭模型屹立的街景。（攝影：何進文）更多內容請關注微信公眾號“微言薄語”

　　(2016-09-29)