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

　　今年3月，全國(guó)政協(xié)委員，中科院院士潘建偉曾透露，中國(guó)量子保密通信京滬干線將在今年下半年全線開通，中國(guó)研制的世界首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)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神秘，事實(shí)上其來頭的確非常“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(zhǎng)王建宇表示，量子信息學(xué)建立在20世紀(jì)物理學(xué)支柱之一的量子力學(xué)基礎(chǔ)之上，量子通信則是量子信息學(xué)的兩大應(yīng)用之一。量子具有不可復(fù)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(duì)安全”的通信方式。

　　量子通信的絕對(duì)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(dá)國(guó)家和地區(qū)研究的重點(diǎn)。王建宇介紹，美國(guó)在“保持國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力”計(jì)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(zhàn)略報(bào)告”提出，未來5到10年實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的量子通信、多節(jié)點(diǎn)量子通信網(wǎng)絡(luò)和基于衛(wèi)星的量子通信，并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn);日本計(jì)劃在5-10年內(nèi)建成全國(guó)性的高速量子通信網(wǎng)，并啟動(dòng)了長(zhǎng)期支持計(jì)劃。

　　量子通信只有30年的發(fā)展歷史，對(duì)中國(guó)來說并沒有很重的歷史包袱，因此在量子通信方面的研究，中國(guó)與國(guó)外諸強(qiáng)基本上從開始就站在同一起跑線上。資料顯示，中國(guó)在2012年初建成世界上規(guī)模最大的46節(jié)點(diǎn)量子通信試驗(yàn)網(wǎng)——合肥量子通信政務(wù)網(wǎng)，建成以來運(yùn)行良好;2012年，新華社和中國(guó)科大合作建設(shè)的金融信息量子通信驗(yàn)證網(wǎng)在北京開通，在世界上首次實(shí)現(xiàn)利用量子通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)金融信息的安全傳輸;2014年，世界第一條量子信息保密干線——“京滬干線”量子通信工程開工建設(shè)。

　　潘建偉曾指出，量子通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用將分三步走：一是通過光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò);二是通過量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡(luò);三是通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)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(xì)闡述了采用衛(wèi)星進(jìn)行量子通信實(shí)驗(yàn)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光纖向遠(yuǎn)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(yuǎn)距離拓展。

　　衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)在于，克服地表曲率、沒有障礙物的阻礙;大氣對(duì)某些波長(zhǎng)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);外太空無衰減和退相干。以上特質(zhì)，使得衛(wèi)星通信成為遠(yuǎn)距離光量子傳輸?shù)谋赜芍贰?/p>

　　中科院先導(dǎo)項(xiàng)目“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”，據(jù)王建宇介紹，從2011年就開始進(jìn)行任務(wù)需求分析、整星方案設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，并在當(dāng)年底立項(xiàng)。在2012-2016年，量子衛(wèi)星經(jīng)歷了整星初樣設(shè)計(jì)、各類試驗(yàn)和生產(chǎn)、總裝、與大系統(tǒng)對(duì)接試驗(yàn)、衛(wèi)星出廠測(cè)試等步驟，且都順利完成，并將在2016年7月“擇機(jī)發(fā)射”。

　　整個(gè)項(xiàng)目分為衛(wèi)星和地面兩大部分。在地面，項(xiàng)目已經(jīng)完成了一系列關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試;在衛(wèi)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(yàn);廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)任務(wù);星地雙向糾纏分發(fā)的實(shí)驗(yàn);空間尺度量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn)，目標(biāo)建立星地量子信道。

　　按照規(guī)劃，中國(guó)在2016年首顆量子衛(wèi)星發(fā)射后還將發(fā)射更多衛(wèi)星，到2020年實(shí)現(xiàn)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(guó)將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)量子通信技術(shù)的研究成果不必否認(rèn)，隨著國(guó)家大力推動(dòng)量子技術(shù)的發(fā)展，將有機(jī)會(huì)成就一段技術(shù)傳奇。