「墨子號」將率先探索星地量子通信可能性，並將首次在空間尺度驗證量子理論的真實性
2016年8月16日1時40分，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」在酒泉衛星發射中心發射升空。這將使中國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。
新華社在今天凌晨播發這一消息時還說，「墨子號」將率先探索星地量子通信可能性，並將首次在空間尺度驗證量子理論的真實性。
量子通信密不可破
量子衛星首席科學家、中科院院士潘建偉對新華社介紹，量子通信的安全性基於量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態的不可複製性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字籤名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。
量子通信系統的問世將有助於建造「絕對安全」通信系統。當前，量子通信的實用化和產業化已經成為各個大國爭相追逐的目標。
目前，中國已經躋身於國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列，建設完成合肥、濟南等規模化量子通信城域網，「京滬幹線」大尺度光纖量子通信骨幹網也即將竣工。
然而，要實現遠距離甚至全球量子通信，僅依靠光纖量子通信技術是遠遠不夠的。」潘建偉說。
潘建偉解釋，由於量子的信息攜帶者光子在光纖裡傳播一百公裡之後大約只有1‰的信號可以到達最後的接收站，所以光纖量子通信達到百公裡量級就很難再突破。但光子穿透整個大氣層後卻可以保留80%左右，再利用衛星的中轉，就可以實現地面上相距數千公裡甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。
然而，量子通信雖然能夠保證安全，卻可能面臨犧牲通信穩定性的挑戰。上海大學理學院副教授、密碼專家曹正軍告訴財新記者，在有敵手竊聽的情況下，量子通訊無法保證接收方獲得正確的信號，也就是說，信號安全與通訊系統的穩定性是不兼容的。量子通訊從物理上剝奪了敵手竊取信號的能力，但敵手的竊聽行為可能會直接破壞量子信號。
曹正軍指出， 量子通訊的信號安全在一定程度上是以犧牲通訊的穩定性為代價的。
「墨子號」潛力巨大
量子衛星2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一。其主要科學目標一是進行星地高速量子密鑰分發實驗，並在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；二是在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，在空間尺度驗證量子力學理論。
全球首顆量子科學實驗衛星被命名為「墨子號」，緣起於已故著名教育家、中國科學技術大學老教授錢臨照對《墨經》的研究，其中有不少與現代科學知識相通的記載，比如墨子在《墨經》中提出的「光學八條」。
「墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學的基礎。」潘建偉說，墨子在兩千多年前就發現了光線沿直線傳播，並設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。「就像國外有伽利略衛星、克卜勒望遠鏡一樣，以中國古代偉大科學先賢的名字來命名全球首顆量子衛星，將提升我國的文化自信。」
除了天上的衛星，工程還建設了南山、德令哈、興隆、麗江4個量子通信地面站和阿里量子隱形傳態實驗站在內的地面科學應用系統，與量子衛星共同構成天地一體化量子科學實驗系統。
潘建偉表示，「墨子號」發射以後，如果效果達到預期，下一步還計劃發射「墨子二號」「墨子三號」。「單顆低軌衛星無法覆蓋全球，同時由於強烈的太陽光背景，目前的星地量子通信只能在夜間進行。要實現高效的全球化量子通信，還需要形成一個衛星網絡。」
到2030年左右，中國力爭率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡。在此基礎上，構建信息充分安全的「量子網際網路」，形成完整的量子通信產業鏈和下一代國家主權信息安全生態系統。■
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