中國量子通信研究新進(jìn)展：量子衛星攜四大任務(wù)即將發(fā)射

　　今年3月，全國政協(xié)委員，中科院院士潘建偉曾透露，中國量子保密通信京滬干線(xiàn)將在今年下半年全線(xiàn)開(kāi)通，中國研制的世界首顆“量子科學(xué)實(shí)驗衛星”也將在今年七月發(fā)射，從而形成一個(gè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò )。

　　量子通信總是讓人感覺(jué)神秘，事實(shí)上其來(lái)頭的確非常“高大上”。在日前舉辦的“光纖通信50年高峰論壇”上，中科院上海分院副院長(cháng)王建宇表示，量子信息學(xué)建立在20世紀物理學(xué)支柱之一的量子力學(xué)基礎之上，量子通信則是量子信息學(xué)的兩大應用之一。量子具有不可復制性，利用這一特性制作的密碼，從理論上講是一種最為安全的密碼，量子通信也成為“絕對安全”的通信方式。

　　量子通信的絕對保密特性，在軍事、金融、政務(wù)等領(lǐng)域擁有廣泛的用途，因此成為各主要發(fā)達國家和地區研究的重點(diǎn)。王建宇介紹，美國在“保持國家競爭力”計劃中，將量子信息列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域;歐洲“量子信息處理與通信戰略報告”提出，未來(lái)5到10年實(shí)現千公里級的量子通信、多節點(diǎn)量子通信網(wǎng)絡(luò )和基于衛星的量子通信，并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗;日本計劃在5-10年內建成全國性的高速量子通信網(wǎng)，并啟動(dòng)了長(cháng)期支持計劃。

　　量子通信只有30年的發(fā)展歷史，對中國來(lái)說(shuō)并沒(méi)有很重的歷史包袱，因此在量子通信方面的研究，中國與國外諸強基本上從開(kāi)始就站在同一起跑線(xiàn)上。資料顯示，中國在2012年初建成世界上規模最大的46節點(diǎn)量子通信試驗網(wǎng)——合肥量子通信政務(wù)網(wǎng)，建成以來(lái)運行良好;2012年，新華社和中國科大合作建設的金融信息量子通信驗證網(wǎng)在北京開(kāi)通，在世界上首次實(shí)現利用量子通信網(wǎng)絡(luò )對金融信息的安全傳輸;2014年，世界第一條量子信息保密干線(xiàn)——“京滬干線(xiàn)”量子通信工程開(kāi)工建設。

　　潘建偉曾指出，量子通信技術(shù)的實(shí)際應用將分三步走：一是通過(guò)光纖實(shí)現城域量子通信網(wǎng)絡(luò );二是通過(guò)量子中繼器實(shí)現城際量子通信網(wǎng)絡(luò );三是通過(guò)衛星中轉實(shí)現可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )。

　　在本次論壇上，王建宇詳細闡述了采用衛星進(jìn)行量子通信實(shí)驗的意義。陸地量子通信基于光纖傳輸，但光纖存在固有的光子損耗、與環(huán)境的耦合會(huì )使糾纏品質(zhì)下降，因此光量子傳輸難以通過(guò)光纖向遠距離拓展;近地面自由空間通道會(huì )受地面障礙物、地表曲率、氣象條件的影響，光量子傳輸難以在地面自由空間中向遠距離拓展。

　　衛星通信的優(yōu)勢在于，克服地表曲率、沒(méi)有障礙物的阻礙;大氣對某些波長(cháng)的光子吸收非常小;只有5-10公里的水平大氣等效厚度;大氣能保持光子極化糾纏品質(zhì);外太空無(wú)衰減和退相干。以上特質(zhì)，使得衛星通信成為遠距離光量子傳輸的必由之路。

　　中科院先導項目“量子科學(xué)實(shí)驗衛星”，據王建宇介紹，從2011年就開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)需求分析、整星方案設計和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并在當年底立項。在2012-2016年，量子衛星經(jīng)歷了整星初樣設計、各類(lèi)試驗和生產(chǎn)、總裝、與大系統對接試驗、衛星出廠(chǎng)測試等步驟，且都順利完成，并將在2016年7月“擇機發(fā)射”。

　　整個(gè)項目分為衛星和地面兩大部分。在地面，項目已經(jīng)完成了一系列關(guān)鍵技術(shù)測試;在衛星部分，發(fā)射后將攜四大任務(wù)：星地高速量子密鑰分發(fā)的實(shí)驗;廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )實(shí)驗任務(wù);星地雙向糾纏分發(fā)的實(shí)驗;空間尺度量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗，目標建立星地量子信道。

　　按照規劃，中國在2016年首顆量子衛星發(fā)射后還將發(fā)射更多衛星，到2020年實(shí)現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā), 屆時(shí)聯(lián)接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò )。中國量子通信技術(shù)的研究成果不必否認，隨著(zhù)國家大力推動(dòng)量子技術(shù)的發(fā)展，將有機會(huì )成就一段技術(shù)傳奇。