量子通信： 架起乾坤一体万里通信网

　　◎本报记者 吴长锋

　　全天下首个星地量子通信网络，量通拆穿困绕我国四省三市32个节点，信挑下最包罗北京、战天济南、高难合肥以及上海4个量子城域网，度架经由两个卫星地面站与“墨子号”量子迷信试验卫星相连，起乾总距离为4600公里，坤体当初已经接入金融、通信电力、量通政务等行业的信挑下最150多家用户。

　　翱翔在太空的战天“墨子号”量子迷信试验卫星，如今有了属于自己的高难“正式称说”。2020年9月11日，度架国家严正文化工程《辞海》(第七版)正式对于外宣告，起乾本次新增内容中削减了“量子通信”“量子迷信试验卫星”等词条。坤体

　　2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发命中间用长征二号丁运载火箭乐成将天下首颗量子迷信试验卫星“墨子号”发射升空。为了这一天，中国的量子物理学家们，曾经豫备了10多年。

　　把量子试验室“搬”上太空

　　“墨子号”量子迷信试验卫星的降生，源于我国“构建全天下畛域量子通信网”的迷信愿景。

　　“把量子试验室‘搬’上太空的构想，10多年前就已经被提出。”中国迷信技术大学传授、中国迷信院院士潘建伟说。

　　早在2003年，潘建伟团队就开始探究在从容空间实现更远距离的量子通信，提出了运用卫星实现远距离量子纠结散发的妄想。在从容空间，情景对于光量子态的干扰效应极小，而光量子在穿透大气层进入外层空间后，其斲丧更是挨近于零，这使患上从容空间信道比光纤信道在远距离传输方面更具劣势。

　　2005年，潘建伟团队首先在合肥实现距离达13公里的从容空间量子纠结散发以及量子通信，13公里约即是地球外表的大气厚度，这次试验在国内上初次证实纠结光量子在穿透等效于全部大气层厚度的地面大气后，纠结依然可能连结，其可被运用于功能、牢靠的量子通信，该试验为后续的从容空间量子通信试验奠基根基。

　　此前，不断走在全天下量子通信畛域前线的，是奥天时物理学家安东·蔡林格的团队。安东·蔡林格团队1997年在室内初次实现为了量子态隐形传输的道理性试验验证，他们在2004年又运用多瑙河底的光纤信道将量子态隐形传输距离普及至600米。潘建伟到奥天时攻读博士学位时期，曾经在安东·蔡林格团队负责钻研骨干。

　　2001年，潘建伟学成归国，在中国迷信技术大学建树起中国的量子物理试验室。在那之后，这对于师徒既是相助过错又是相助对于手，正式开始了攀登量子通信技术高峰的角逐。

　　比照于安东·蔡林格团队，潘建伟团队的进度更快，并逐步实现为了从并跑到小幅度争先的超过。

　　2010年，潘建伟团队乐成实现当时天下上最远距离的16公里量子隐形传态，初次证实量子隐形传态穿梭大气层的可行性，为未来基于卫星中继的全天下化量子通信网奠基了坚贞根基。为了这次试验，潘建伟团队从2007年开始在北京八达岭与河北怀来之间架设了一条长达16公里的从容空间量子信道。

　　随后，潘建伟团队在青海湖区域新建试验基地，睁开验证星地从容空间量子通信可行性的地基试验钻研，从多个方面妨碍攻关，旨在突破基于卫星平台从容空间量子通信的紧张技术瓶颈，并在2012年完玉终日下首个上百公里的从容空间量子隐形传态以及量子纠结散发，对于星地量子通信可行性妨碍了全方位地面验证。

　　在这场量子学革命的迷信角逐中，多个“天下初次”“天下首个”均来自于由潘建伟领衔的“中国队”：在国内上初次实现牢靠通信距离超过100公里的光纤量子密钥散发、实现国内上首个全通型量子通信网络、建终日下首个规模化量子通信网络……“这符号着中国在量子通信畛域的突起，从10年前不起眼的国家逐步发展为如今的天下劲旅，将争先欧洲以及北美。”国内权威期刊《人造》杂志曾经如斯感慨。

　　中国团队的这些钻研使命，证明了实现基于卫星的全天下量子通信网络以及睁开空间尺怀抱子力学根基魔难的可行性。

　　挑战天下最高难度

　　2010年3月31日，我国国务院第105次常务团聚审议经由了中国迷信院“立异2020”妄想，要求中国迷信院“机关实施策略性先导科技专项，组成严正立异突破以及集群劣势”。

　　2011年1月25日，中国迷信院实施启动首批“4+1”个策略性先导科技专项，其中就包罗空间迷信先导专项。空间迷信先导专项第一品评议研发包罗“墨子号”在内的四颗迷信试验卫星。此外三颗分说为暗物资探测卫星“悟空”、我国首颗微重力迷信试验卫星“事实十号”以及硬X射线调制望远镜卫星“慧眼”。

　　“工程师的使命是技术实现，要把迷信家的妄图酿成事实。”量子卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇说，2011年量子迷信试验卫星“墨子号”名目正式立项后，更高难度的挑战开始了。

　　量子迷信试验卫星是我国自主研发的星地量子通信配置装备部署，突破了一系列高精尖技术，包罗“针尖对于麦芒”的星地光路瞄准，偏振态连结与星地基矢校对于，量子光源载荷等紧张技术。

　　王建宇从2007年就开始退出量子卫星的钻研使命。他是中国迷信院上海分院的副院长、原中国迷信院上海技术物理钻研所短处，作为光学遥感系统专家，他的团队与潘建伟团队相助，在广大详尽的青海湖畔实现为了百公里级从容空间量子通信。

　　在2007年至2010年的紧张技术攻关阶段，钻研团队将量子密钥产生的中间放在位于青海湖湖心岛的海心山上，从中间向双方散发。

　　那时，破晓团队成员们就睡在帐篷里，同时还不能睡去世，他们要打去世一批批有可无能扰配置装备部署的蛾子。其中有位女钻研生，从望见蛾子就无畏，到其后酿成一边做试验一边伯仲无措地把蛾子一只只拍去世的“杀手”。

　　“从前做卫星，多少多能找到参考资料，但这个量子卫星的使命，属国内初次，残缺不参考。”王建宇觉患上，最难题的关键便是实现乾坤一体化联通。

　　按潘建伟等迷信家的试验妄想要求，“墨子号”不光是天上的那颗卫星，它还包罗地面系统：1其中间——合肥量子迷信试验中间，4个站——南山、德令哈、发达、丽江量子通信地面站，1个平台——阿里量子隐形传态试验平台。卫星以及地面站之间，要做到最高精度的瞄准以及最灵便的探测。

　　光量子十分小，它是光的最小单元，必须要用极为灵便的探测器能耐探测到；它的数目又十分多，“墨子号”卫星每一秒能散发1亿光量子；此外，它还姿态万千，能组成差此外量子编码……

　　王建宇打了个好比：假如把光量子看成一个1元硬币，星地试验就至关于要在万米地面飞翔的飞机上，不断把上亿个硬币一个个投到地面上一个不断旋转的储钱罐里(偏振丈量的基矢在变换)，这不光要求硬币击中储钱罐(瞄准精度)，而且要求硬币精确射入罐子上细长的投币口(偏振连结)。

　　为了让穿梭大气层后光量子的“针尖”仍能对于上接管站的“麦芒”，王建宇团队与潘建伟团队一道，从2012年起开始妨碍了种种试验：收发距离40公里的转台试验，要与卫星绕地运行的角速率不同；30公里距离的车载高速行动试验，要魔难超远距离“挪移瞄靶”能耐；热气球浮空平台试验，在空地情景下模拟量子密钥散发……

　　这么难题的“针尖”对于“麦芒”，其紧张技术最终被逐个攻破，在十多少个钻研所的多少百位科研职员的倾情投入下，卫星的初样实现为了。

　　构建首个星地量子通信网

　　32年前，人类历史上初怀抱子通信在试验室实现为了，传输距离32厘米。当初，中国人将这个距离扩充了1400多万倍，实现为了从地面到太空的多用户通信。

　　2021年1月7日，国内顶级学术期刊《人造》杂志上宣告了题为《逾越4600公里的乾坤一体化量子通信网络》的论文。中国迷信技术大学宣告，中国科研团队乐成实现为了逾越4600公里的星地量子密钥散发，符号着我国已经构建出乾坤一体化广域量子通信网雏形。

　　20年磨一剑，中国在量子通信域实现为了从跟跑到领跑：量子保密通信京沪支线总长超过2000公里，是当初天下上最远距离的基于可信中继妄想的量子牢靠密钥散发支线，该路线已经于2017年9月尾正式激进。“墨子号”量子迷信试验卫星于2016年8月在酒泉卫星发命中间乐成发射，美满实现为了预约的全副迷信指标。

　　“墨子号”牵手“京沪支线”，中国迷信技术大学科研职员潘建伟、陈宇翱、彭承志等与中国迷信院上海技术物理钻研所王建宇钻研组、济南量子技术钻研院及中国有线电视网络有限公司相助，构建了全天下首个星地量子通信网。经由为期两年多的晃动性、牢靠性测试，该通信网实现为了逾越4600公里的多用户量子密钥散发。

　　“要实现广域量子通信，就要解决光量子斲丧、退相干等一系列技术难题，好比光量子数在光纤里每一传输约15公里就会损失一半，200公里后只剩万分之一。”潘建伟说，科研团队在光学系统等方面发展了多项先进技术，化解了这些难题。

　　全天下首个星地量子通信网络，拆穿困绕我国四省三市32个节点，包罗北京、济南、合肥以及上海4个量子城域网，经由两个卫星地面站与“墨子号”量子迷信试验卫星相连，总距离为4600公里，当初已经接入金融、电力、政务等行业的150多家用户。

　　当初，广域量子通信网络的雏形已经根基组成，未来在此根基上，可进一步增长量子通信在金融、政务、国防、电子信息等畛域的宽泛运用。

　　《人造》杂志审稿人对于此评估道，这是地球上最大、开始进的量子密钥散发网络，是量子通信“重大的工程性造诣”。星地量子通信网的建成，为未来实现拆穿困绕全天下的“量子网”奠基科技根基，也为相对于论、引力波等迷信钻研，提供了亘古未有的“乾坤试验室”。