“墨子号： 树起量子通信中国标杆”

资料来源:科学技术日报

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了杰出贡献。 这是该奖设立至今已有90多年，中国科学家在本土完成的科研成果获得了这一重要荣誉。 几个月前，即去年12月17日，墨子号量子科学实验卫星完成的洲际量子密钥逐一出炉，也被列入美国物理学会年度国际物理学界的10个重大进展。

圆满实现三大科学目标

墨子号量子卫星圆满实现了所有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。 中国科学技术大学潘建伟教授告诉科技日报记者。

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。 由于外太空几乎为真空，因此利用光信号的损失非常小的优点，能够通过卫星支援大幅扩展量子通信距离。 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成功发射，于年1月18日正式展开科学实验。

逐个发送星星的高速量子密钥，是对量子卫星进行墨子号的科学目标之一。 墨子号量子卫星与河北兴隆地面光学工作站建立了光链路，在1200公里的通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离的地面光纤信道高20位数(兆倍)。

实现地球的量子隐形性是墨子号量子卫星的另一个科学目标。 量子隐形传态不是传递粒子本身，而是利用量子纠缠能远距离传递粒子未知的量子态。 在墨子号的隐形性实验中，使用了从地上发射纠缠的光子，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个量子隐形传输状态的事例，发射了被墨子号量子卫星纠缠的光子，实验通信距离为500公里至1400公里，所有6个传输状态均超过99.7%的可靠性。

量子纠缠被爱因斯坦称为鬼魅般的超距离作用，也是量子力学的不可思议现象之一。 由于量子纠缠非常脆弱，所以对传统的量子纠缠逐个进行实验只需要100公里的距离。 这种鬼魅般的超距离作用在更远的距离上还存在吗？ 不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以空之间的尺度逐一进行了量子纠缠实验。

墨子号卫星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万亿分之一。

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，在国际上得到了隆重的赞誉和好评，开启了全球量子通信时代的大门。

的量子密钥相继实现，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，作为卫星可靠的中继，可以实现地球上任意两点的密钥共享，扩大范围，使量子密钥逐个复盖世界。 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。

星星量子纠缠和星星量子遥测的实现，使得人们可以利用量子相干建立的量子通道，构建基于量子新闻的互联网解决的基本单位。 此外，还开展了未来大规模量子互联网和量子通信实验的研究，为开展外太空广义相对论、量子重力等物理学基本原理的实验检测奠定了可靠的技术基础。

并且，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，墨子号量子卫星在北京和维也纳之间实现了约7600公里外的洲际量子秘密通信。 这个成果被美国物理学会选为年度国际物理学的十大进展之一。

2008年，拥有诺奖异名的沃尔夫物理学奖在获奖者介绍中表示，逐个发送量子密钥能够成功商业化，在光纤上可以达到数百公里，在卫星上可以达到数千公里。 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把遥远的安全距离打出404公里，另一个是墨子号达到了星球1200公里，这是中国科学家的贡献，也是中国量子通信世界的标志。

量子通信通过利用量子力学的原理操作量子状态，可以完成经典通信无法完成的任务。 潘建伟表示，将逐一发送通过量子密钥实现无条件安全的密钥，窃听者即使拥有全宇宙的强大计算机，也无法破译加密的新闻。 采用逐个发送量子密钥的技术有助于实现通信安全中的机密性、真实性和不可否认性的无条件安全。 也就是说，保证通信加密不可解密，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，除如期接入的金融客户外，电力系统、大数据网络公司也在接入，央行已经制定了金融行业接入采纳的相关标准。

而且，世界主要发达国家已经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众多研究机构和企业的英国建设了英国国家量子通信测试互联网俄罗斯量子中心建设了用于发布实际金融数据的实用量子通信线路韩国第一阶段环首尔地区的量子保密通信互联网是公共行政事务、警察

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，目前率先实用的量子保密通信技术(或量子密钥相继发行，qkd )蓬勃发展，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，还面临着诸多挑战。 其中，标准化是关键的一步，是未来产业成熟快速发展的基础。

目前，我国正在全力推进qkd标准化相关业务。 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家会员单位以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、应用接口等文案为中心，制定了国家标准和 另外，我国专家在iso/iec国际标准化组织启动了qkd全球国际标准项目，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的典范。 关于工程化和实用化，潘建伟一直持有这样的观点，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。