中國科學家謀劃用“墨子號”構建“量子星座”

　　中國首顆量子衛(wèi)星“墨子號”在不到一年的時間里就完成了原定兩年完成的星地高速量子密鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)實驗三大科學目標?？茖W家制訂了后續(xù)拓展實驗計劃，進一步探索量子通信技術研究與應用，并籌劃發(fā)射數(shù)顆量子衛(wèi)星，構建全球量子通信網絡。

　　量子衛(wèi)星首席科學家、中國科學院院士潘建偉介紹，其團隊下一步將與歐洲量子通信團隊合作進行洲際量子密鑰分發(fā)。目前已經順利完成與奧地利格拉茨地面站的對接測試，正在開展量子密鑰分發(fā)實驗，8月底將具備洲際量子保密通話的條件。

　　中國將與歐洲開展洲際量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

　　潘建偉說，中國與德國和意大利等國的洲際量子密鑰分發(fā)合作也正在計劃中。德國、意大利的地面站預計在2017年年底做好開展相關實驗的準備。這表明“墨子號”不僅可跟中國的設備對接，也可與世界其他國家符合要求的設備對接。

　　此外，科研團隊還將努力實現(xiàn)量子通信與經典光通信相融合的安全信息傳輸，與有需求的用戶對接，開展量子通信現(xiàn)實應用。

　　潘建偉說，目前“墨子號”實現(xiàn)的天地量子密鑰分發(fā)有個前提，就是“墨子號”必須可靠，因為密鑰是“墨子號”發(fā)送的，如果“墨子號”把密鑰泄露出去，那么整個過程就不安全了。

　　他說，科研團隊下一步還要開展基于量子糾纏的遠距離量子密鑰分發(fā)實驗。一旦成功，將最終實現(xiàn)所有密碼學者夢想的“圣杯”。他希望這項工作今年能夠完成。

　　中國科學家下一步將開展基于糾纏的遠距離量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

　　在更長遠的規(guī)劃中，中國科學家的目標是建立全球化的量子通信網絡。

　　量子衛(wèi)星工程常務副總師兼衛(wèi)星總指揮王建宇說，單顆低軌衛(wèi)星無法直接覆蓋全球。目前“墨子號”一次過境開展實驗的時間約為10分鐘。如果衛(wèi)星在1萬公里的軌道上，那么發(fā)送密鑰的時間就可持續(xù)幾個小時。如果衛(wèi)星在3.6萬公里的軌道上，地球的三分之一就能一直看到衛(wèi)星，這些地方就在任何時候都可以保密通信。所以理論上有三顆高軌衛(wèi)星就能覆蓋全球。

　　“所以‘墨子號’只是一個起點，從實用的角度來說，必須要構建由高、中、低軌道衛(wèi)星組成的量子星座，建立覆蓋全球的量子通信網絡。”王建宇說。

　　“墨子號”開展量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

　　然而，目前“墨子號”的量子密鑰傳輸只能在地影區(qū)，也就是沒有日光干擾的黑夜進行。“我們需要攻克全天時量子通信技術以及獲得更高衰減信道下的量子通信能力。這是我們下一步實現(xiàn)全球量子保密通信必須要走的道路。”量子衛(wèi)星科學應用系統(tǒng)總設計師、衛(wèi)星系統(tǒng)副總設計師彭承志說。

　　最近，潘建偉、彭承志等科學家已經在地面實驗中取得突破，在國際上首次成功實現(xiàn)白天遠距離(53公里)自由空間量子密鑰分發(fā)。這一突破驗證了日光條件下星間和星地之間量子密鑰分發(fā)的可行性，為未來構建基于量子衛(wèi)星的星地、星間量子通信網絡掃清了一大關鍵技術障礙。

　　2016年11月28日，在河北興隆觀測站，“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星過境，科研人員在做實驗。(合成照片)。 新華社記者金立旺 攝　　“這證明衛(wèi)星組網突破地影區(qū)限制是可行的，下一步我們會圍繞這個方向進一步開展相關工作。”潘建偉說。

　　他說：“我們希望通過10年左右的努力，最終能夠構建完整的空地一體廣域量子通信網絡體系，在國防、政務、金融和能源等領域廣泛應用，并與經典通信網絡實現(xiàn)無縫對接，推動形成具有國際引領地位的戰(zhàn)略性新興產業(yè)和下一代國家信息安全生態(tài)系統(tǒng)。也希望進一步探索對廣義相對論、量子引力等物理學基本原理的檢驗。”

　　“如果國家支持發(fā)射多顆量子通信衛(wèi)星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的廣域量子通信網絡。”潘建偉說。