AR看科技之五：量子通信

2016年8月16日，我国自主研制的世界第一量子通信卫星“墨子”号在酒泉卫星发射中心成功发射，标志着我国空间科学研究迈出了重要的一步，而对于量子物理来说，或许一切才刚刚拉开帷幕。

（图片来源百度百科）

量子被认为是物理世界里最小的、不可分割的基本个体，量子拥有很多特性，比如量子态叠加、量子纠缠、量子不可克隆定理等等；“墨子号”量子卫星就是要利用量子的这些特性来做一系列的科学实验。

（图片来源百度百科）

“墨子号”卫星是距离地球表面500公里高度的低轨道卫星，它在我国境内的过境时间只有短短几分钟，通过分布在兴隆、阿里、南山等。它也是中国研制的首颗空间量子科学实验卫星。2017年8月10日，中国科学技术大学潘建伟团队宣布，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”提前完成三大科学实验任务，即：量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态。

（视频来源新华社，软件来源中科大先研院）

“墨子号”卫星有四大主要部件：量子纠缠源、量子实验控制与处理机、量子密钥通信机、量子纠缠发射机。

量子纠缠源

量子纠缠源能够产生纠缠在一起的两个光子，这也是实现量子通信的最基本要素。我国的科学家把地面上体积巨大的纠缠源，浓缩得只有机顶盒那么小，这样就可以让它在太空中大显神通了。

量子实验控制与处理机

量子实验控制与处理机相当于墨子号的大脑，它可以保证卫星向地面站传输量子密钥时卫星和地面上的望远镜始终精确对准。

量子密钥通信机

通过量子密钥通信机，科学家实现了卫星与地面之间的量子密钥分发，开展绝对安全的保密通信实验。

量子纠缠发射机

量子纠缠发射机是用来发射光子的，量子纠缠源产生两个纠缠在一起的光子之后，发射机可以加两个纠缠光子，分别发向两个地面站，实现在空间尺度上的量子纠缠分发实验。

“墨子号”之名取自于我国科学家先贤——哲学家、墨家学派创始人墨子，他也是一位鲜为人知的伟大科学家，《墨经》里记载了世界上第一个“小孔成像”实验，该实验解释了小孔成倒像的原因，而这正是现代照相技术原理的起源。

这个实验指出了光是沿着直线传播的，也是第一次对光直线传播进行科学解释——这在光学中是非常重要的一条原理，为量子通信的发展打下了一定的基础。取“墨子号”来命名量子卫星，和卫星本身的意义相符，也体现了我们的文化自信。或许将来有一天，量子粒子可用来作星际的信息远程传输，且运用量子效应可使传送的信息不致被截获和破译。

大鹏一日同风起，扶摇直上九万里。

中国科学技术大学于2021年1月7日宣布，中国科研团队成功实现了跨越4600公里的星地量子密钥分发，标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形，为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络奠定了科学与技术基础。

2012年，潘建伟团队在国际上首次实现百余公里自由空间量子隐形传态。10年后，他们成功实现突破，创造了1200公里地表量子态传输的新世界纪录。据中国科学技术大学2022年最新消息，中国科学技术大学潘建伟团队利用“墨子号”量子科学实验卫星在远距离的量子态传输方面取得重要实验进展。该实验首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输，向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。

除此之外，量子产业发展有赖于不断完善的科研技术体系和持续推进商业化应用，只有不断进行技术突破，才能持续提升商业化应用的质量、性能。

在第六届进博会期间，2023长三角G60科创走廊高质量发展要素对接大会在上海召开。会上，中电信量子集团与国科量子、科大国盾、循态量子等企业代表，共同成立启动了“长三角G60科创走廊量子密码应用创新联盟（中心）”。依托于长三角地区的科研、产业、资金、人才等资源优势，近年来量子信息技术有关应用在长三角地区持续落地，已服务政务、金融、能源等众多领域。例如，在合肥，中电信量子集团目前已建成全球规模最大、用户最多、应用最全的量子城域网，发展量子密话用户超百万户，打造量子移动安全办公、量子加密政务云平台、量子安全税控监管平台等一批标杆案例。

依托中科大的人才优势，安徽正在成为量子科技创新的枢纽重地，围绕量子通信、量子计算、量子精密测量等领域，积极打造量子创新技术策源地，以科研成果熟化转化为核心，以关键核心技术研发为突破点，以产业聚集发展模式为路径，全力打造“量子科学”“量子产业”双高地，与望江西路平行的云飞路，更因坐落着20余家量子领域上下游关联企业而被称为“量子大道”。

当前，我国量子科研成果不断拓展。近年来，众多安徽量子企业创新成果呈现“井喷”之势，跑出了创新发展的加速度。