人民網(wǎng)北京8月17日電 16日凌晨，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”。
中國在量子科學(xué)領(lǐng)域的這一“領(lǐng)跑動作”引發(fā)了全世界的關(guān)注。因?yàn)檫@不僅標(biāo)志我國空間科學(xué)研究又邁出重要一步，更有媒體預(yù)測，伴隨著量子信息技術(shù)逐漸走向?qū)嵱没?，其衍生出的量子通信技術(shù)，被譽(yù)為是繼微電子信息之后，最有可能引發(fā)軍事、經(jīng)濟(jì)、社會領(lǐng)域又一次重大革命的關(guān)鍵技術(shù)，將催生量子通信的千億市場，引發(fā)世界新一輪的通信技術(shù)研發(fā)競爭。
2030年建成量子通信網(wǎng)絡(luò) 每戶配一個密鑰機(jī)
據(jù)中科院院士、清華大學(xué)原子分子納米科學(xué)研究中心主任李家明介紹，量子通信的好處在于保密性強(qiáng)、安全性高?！霸诹孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)下，如果有人設(shè)法竊取你的私人通訊，你會立刻察覺到，這樣就可以啟動相應(yīng)的措施保護(hù)個人的隱私和安全。而在現(xiàn)有的通信技術(shù)手段下，這是無法做到的。”正因于此，量子通信的實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)成為包括歐盟、美國、日本和中國在內(nèi)的各個大國爭相追逐的目標(biāo)。
據(jù)了解，隨著首顆量子衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)成功，我國還將會陸續(xù)發(fā)射后續(xù)衛(wèi)星，并結(jié)合未來的空間站項(xiàng)目，開展相關(guān)研究，驗(yàn)證星間、全天時量子通信的可行性?！鞍凑找?guī)劃，到2020年，中國將實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)；到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)?！迸私▊ケ硎尽?/p>
量子通信網(wǎng)絡(luò)究竟會給人類生活帶來哪些改變？中國科學(xué)院的一本有關(guān)量子衛(wèi)星的科普手冊中寫道：如果一個覆蓋全國甚至是全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成，并且隨著應(yīng)用深入，成本逐漸降低，普通民眾就能廣泛享受量子通信帶來的巨大便利。比如，隨著技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用普及，可以通過入戶光纖給每家每戶配一個量子密鑰機(jī)，人們擁有“量子密鑰”手機(jī)的夢想就可變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。一旦有人試圖竊取量子密鑰，使用者就會知曉，結(jié)合經(jīng)典加密方式就能保證通信的絕對安全。
中國領(lǐng)跑量子太空競賽 有賴于“大科學(xué)”建設(shè)
在全球的量子通信競賽中，中國雖然并不是起步最早的，但是在量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士潘建偉等人不懈努力下，目前中國在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)“彎道超車”，并成為首個將自主研發(fā)的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星送入太空的國家。
事實(shí)上，早在數(shù)年前，星地量子通信的中國夢想就已經(jīng)引發(fā)了世界的關(guān)注。2012年8月9日，國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志以封面標(biāo)題形式發(fā)表了中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室潘建偉團(tuán)隊的研究成果：他們在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)了百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)。
這一成果不僅刷新世界紀(jì)錄，有望成為遠(yuǎn)距離量子通信的“里程碑”，而且為發(fā)射全球首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。該成果入選《自然》雜志公布的“2012年度全球十大新聞亮點(diǎn)”。
中科院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員于淥在接受采訪時表示，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星發(fā)射成功結(jié)合下半年建成的“京滬干線”，我國將初步構(gòu)建一個廣域量子通信體系，這會解決很多實(shí)際的問題，并且為全球性的量子通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建打下基礎(chǔ)，這將是一個新的突破。
于淥提到的“京滬干線”是由潘建偉團(tuán)隊牽頭承擔(dān)的世界上第一條遠(yuǎn)距離量子通信保密干線，將于今年下半年開通?！耙粋€天地一體的全球化量子通信基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建成功后，能為未來的互聯(lián)網(wǎng)提供基于量子通信技術(shù)的安全保障，形成完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)。”潘建偉解釋說。
潘建偉認(rèn)為，能夠領(lǐng)跑國際量子太空競賽，有賴于中國“大科學(xué)”項(xiàng)目建設(shè)的高效性?！皩?shí)現(xiàn)衛(wèi)星量子通信一直是國際上科技強(qiáng)國競相追逐的目標(biāo)。比如，量子信息實(shí)驗(yàn)研究的先驅(qū)者、著名物理學(xué)家AntonZeilinger 研究組以及歐洲眾多的優(yōu)秀研究團(tuán)隊一直在與歐洲空間局商討建立以國際空間站為平臺的星地量子通信計劃。然而，歐空局緩慢的決策機(jī)制使得這一計劃一再拖延?！倍谖覈?，一方面，國家的高強(qiáng)度支持使得包括我們團(tuán)隊在內(nèi)的優(yōu)秀科研團(tuán)隊快速推進(jìn)量子信息研究的發(fā)展；另一方面，在衛(wèi)星量子通信方向上出現(xiàn)重大突破跡象時，中科院快速作出前瞻性決策，得以在國際上率先啟動“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。
“在國家的高強(qiáng)度支持下，我國形成了很強(qiáng)的理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)儲備，培育了一批優(yōu)秀的研究團(tuán)隊，在量子通信、量子計算等研究方向上產(chǎn)生了一批具有重要國際影響的研究成果?！痹谂私▊タ磥?，中國給予“量子研究”的大力支持是其他國家無法比擬的：2000 年以來中國經(jīng)濟(jì)高速增長，國家對科研經(jīng)費(fèi)的投入不斷加強(qiáng)，成為科研創(chuàng)新的黃金時期。我國政府也高度重視量子信息領(lǐng)域的發(fā)展，《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》就將“量子調(diào)控研究”列入科技部四項(xiàng)“重大科學(xué)研究計劃”之一，中科院、科技部、基金委等科研主管部門對量子信息領(lǐng)域持續(xù)進(jìn)行著前瞻性、戰(zhàn)略性布局。
潘建偉：盼有生之年目睹量子互聯(lián)網(wǎng)的誕生
據(jù)了解，此次成功發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星是我國自主研發(fā)的星地量子通信設(shè)備，突破了一系列高精尖技術(shù)，包括“針尖對麥芒”的星地光路對準(zhǔn)，偏振態(tài)保持與星地基矢校正，量子光源載荷等關(guān)鍵技術(shù)。
潘建偉指出，它的成功研制，不僅是中國量子保密通信領(lǐng)域“殺手锏”技術(shù)研發(fā)的重大突破，實(shí)現(xiàn)了從跟隨創(chuàng)新到引領(lǐng)創(chuàng)新、從集成創(chuàng)新到原始創(chuàng)新的跨越，同時也是世界量子通信技術(shù)的重要創(chuàng)新，它有望使人類科技發(fā)展史上“最安全的通信手段”具備覆蓋全球的能力。
“量子是人類對自然界的能量最小單位，量子信息研究集多學(xué)科于一體，要想取得突破，必須擁有不同學(xué)科背景的人才?！?回憶起剛回國建立實(shí)驗(yàn)室的時候，潘建偉表示，當(dāng)時無論是研究水平還是人才儲備方面，國內(nèi)的基礎(chǔ)都很薄弱。
“因此我們在各國間奔波，與國際先進(jìn)小組保持密切的合作，不斷地取長補(bǔ)短，這是讓團(tuán)隊得以快速發(fā)展壯大的‘秘方’。潘建偉說，多年來，團(tuán)隊還一直有針對性地選送學(xué)生出國留學(xué)，把他們送到量子信息研究的優(yōu)秀國際小組加以鍛煉?！敖陙恚@些年輕人悉數(shù)回國，使得我們的量子研究團(tuán)隊得到空前壯大，形成了一支特色鮮明、優(yōu)勢互補(bǔ)的年輕研究隊伍。”
談到衛(wèi)星研制過程中遇到的困難，潘建偉說，各個載荷系統(tǒng)都遇到了很多難題，難以說哪個最大。一個具有代表性的難題是市面上現(xiàn)有的單光子探測器都無法滿足空間的高輻射環(huán)境要求。因?yàn)橛钪嫔渚€會對探測器的半導(dǎo)體晶格造成損傷，增加晶格缺陷，隨著晶格中缺陷的增多，器件性能出現(xiàn)急劇衰減。
“我們團(tuán)隊先從基本物理特性入手，在載荷資源和器件本身特性最大允許范圍內(nèi)，提出了通過降低單光子探測器工作溫度、增加探測器屏蔽厚度等技術(shù)可以解決該問題。隨后實(shí)驗(yàn)上經(jīng)過艱苦攻關(guān)，通過歐洲質(zhì)子加速器輻照測試，發(fā)現(xiàn)降低單光子探測器工作溫度和增加探測器屏蔽厚度的技術(shù)可以有效增加單光子探測器在軌工作壽命?！?/p>
“對于我們團(tuán)隊來說，衛(wèi)星的發(fā)射并不代表我們的努力就到此為止。”潘建偉表示，隨著中國科技的迅猛發(fā)展，他相信量子通信將在不到10年的時間里輻射千家萬戶。
“期盼在我有生之年，能親眼目睹以量子計算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯(lián)網(wǎng)的誕生。我相信中國科學(xué)家們做得到?！?/p>
