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[video:20170810“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo) 量子通信領(lǐng)跑世界]　　中國(guó)科學(xué)院日前召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣布量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)從衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)和從地面到衛(wèi)星的量子隱形傳態(tài)，兩項(xiàng)成果于8月10日同時(shí)在線(xiàn)發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志上。這是繼先前在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)星地雙向量子糾纏分發(fā)和量子力學(xué)非定域性檢驗(yàn)的研究成果以封面文章形式發(fā)表在《科學(xué)》雜志后，我國(guó)科學(xué)家利用“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)的空間量子物理研究另外兩項(xiàng)重大突破。至此，“墨子號(hào)”提前圓滿(mǎn)實(shí)現(xiàn)全部三大既定科學(xué)目標(biāo)，為我國(guó)在未來(lái)繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問(wèn)題檢驗(yàn)前沿研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。
　　中科院院長(zhǎng)、黨組書(shū)記白春禮出席發(fā)布會(huì)并講話(huà)。
　　星地量子密鑰分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)兩項(xiàng)重大成果由中科院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉及其同事彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中科院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院、光電技術(shù)研究所、國(guó)家天文臺(tái)、紫金山天文臺(tái)、南京天文儀器有限公司、國(guó)家空間科學(xué)中心等，在中科院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)的支持下完成。
　　量子通信的研究?jī)?nèi)容之一是量子密鑰分發(fā)。通信安全是國(guó)家信息安全和人類(lèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活的基本需求。千百年來(lái)，人們對(duì)于通信安全的追求從未停止。然而，基于計(jì)算復(fù)雜性的傳統(tǒng)加密技術(shù)，在原理上存在著被破譯的可能性。隨著數(shù)學(xué)和計(jì)算能力的不斷提升，經(jīng)典密碼被破譯的可能性與日俱增。與經(jīng)典通信不同，量子密鑰分發(fā)通過(guò)量子態(tài)的傳輸，在遙遠(yuǎn)兩地的用戶(hù)共享無(wú)條件安全的密鑰，利用該密鑰對(duì)信息進(jìn)行一次一密的嚴(yán)格加密，這是目前人類(lèi)唯一已知的不可竊聽(tīng)、不可破譯的無(wú)條件安全的通信方式。量子通信的另一重要內(nèi)容是量子隱形傳態(tài)，它利用量子糾纏可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送物質(zhì)本身。遠(yuǎn)距離量子隱形傳態(tài)是實(shí)現(xiàn)分布式量子信息處理網(wǎng)絡(luò)的基本單元。
　　量子通信通常采用單光子作為物理載體，最為直接的方式是通過(guò)光纖或者近地面自由空間信道傳輸。但是，這兩種信道的損耗都隨著距離的增加而指數(shù)增加。由于量子不可克隆原理，量子通信的信號(hào)不能像經(jīng)典通信那樣被放大，這使得之前量子通信的世界紀(jì)錄僅為百公里量級(jí)。因此，如何實(shí)現(xiàn)安全、長(zhǎng)距離、可實(shí)用化的量子通信是該領(lǐng)域的最大挑戰(zhàn)和國(guó)際學(xué)術(shù)界幾十年來(lái)奮斗的共同目標(biāo)。
　　利用外太空幾乎真空因而光信號(hào)損耗非常小的特點(diǎn)，通過(guò)衛(wèi)星的輔助可以大大擴(kuò)展量子通信距離。同時(shí)，由于衛(wèi)星具有方便覆蓋整個(gè)地球的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是在全球尺度上實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離實(shí)用化量子密碼和量子隱形傳態(tài)最有希望的途徑。從本世紀(jì)初以來(lái)，該方向已成為了國(guó)際學(xué)術(shù)界激烈角逐的焦點(diǎn)。潘建偉團(tuán)隊(duì)為實(shí)現(xiàn)星地量子通信開(kāi)展了一系列先驅(qū)性的實(shí)驗(yàn)研究。2003年，潘建偉團(tuán)隊(duì)提出了利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)星地間量子通信、構(gòu)建覆蓋全球量子保密通信網(wǎng)的方案，隨后于2004年在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了水平距離13公里（大于大氣層垂直厚度）的自由空間雙向量子糾纏分發(fā)，驗(yàn)證了穿過(guò)大氣層進(jìn)行量子通信的可行性。2011年底，中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”正式立項(xiàng)。2012年，潘建偉領(lǐng)銜的中科院聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在青海湖實(shí)現(xiàn)了首個(gè)百公里的雙向量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)，充分驗(yàn)證了利用衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)量子通信的可行性。2013年，中科院聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在青海湖實(shí)現(xiàn)了模擬星地相對(duì)運(yùn)動(dòng)和星地鏈路大損耗的量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，全方位驗(yàn)證了衛(wèi)星到地面的量子密鑰分發(fā)的可行性。隨后，該團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)艱苦攻關(guān)，克服種種困難，最終成功研制了“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星?！澳犹?hào)”于2016年8月16日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，經(jīng)過(guò)四個(gè)月的在軌測(cè)試，2017年1月18日正式交付開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
　　星地高速量子密鑰分發(fā)是“墨子號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)之一。量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)采用衛(wèi)星發(fā)射量子信號(hào)，地面接收的方式，“墨子號(hào)”過(guò)境時(shí)，與河北興隆地面光學(xué)站建立光鏈路，通信距離從645公里到1200公里。在1200公里通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離地面光纖信道高20個(gè)數(shù)量級(jí)（萬(wàn)億億倍）。衛(wèi)星上量子誘騙態(tài)光源平均每秒發(fā)送4000萬(wàn)個(gè)信號(hào)光子，一次過(guò)軌對(duì)接實(shí)驗(yàn)可生成300 kbit的安全密鑰，平均成碼率可達(dá)1.1 kbps。這一重要成果為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。以星地量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)，將衛(wèi)星作為可信中繼，可以實(shí)現(xiàn)地球上任意兩點(diǎn)的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴(kuò)展到覆蓋全球。此外，將量子通信地面站與合肥量子通信網(wǎng)、濟(jì)南量子通信網(wǎng)、京滬干線(xiàn)等城際光纖量子保密通信網(wǎng)互聯(lián)，可以構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)絡(luò)。
　　《自然》雜志的審稿人稱(chēng)贊星地量子密鑰分發(fā)成果是“令人欽佩的成就”和“本領(lǐng)域的一個(gè)里程碑”，并斷言“毫無(wú)疑問(wèn)將引起量子信息、空間科學(xué)等領(lǐng)域的科學(xué)家和普通大眾的高度興趣，以及公眾媒體極為廣泛的報(bào)道”。
　　地星量子隱形傳態(tài)也是“墨子號(hào)”的科學(xué)目標(biāo)之一。量子隱形傳態(tài)采用地面發(fā)射糾纏光子、天上接收的方式，“墨子號(hào)”過(guò)境時(shí)，與海拔5100m的西藏阿里地面站建立光鏈路。地面光源每秒產(chǎn)生8000個(gè)量子隱形傳態(tài)事例，地面向衛(wèi)星發(fā)射糾纏光子，實(shí)驗(yàn)通信距離從500公里到1400公里，所有6個(gè)待傳送態(tài)均以大于99.7%的置信度超越經(jīng)典極限。倘若在同樣長(zhǎng)度的光纖中重復(fù)這一工作，則需要3800億年（宇宙年齡的20倍）才能觀(guān)測(cè)到1個(gè)事例。這一重要成果為未來(lái)開(kāi)展空間尺度量子通信網(wǎng)絡(luò)研究，以及空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)等研究奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。
　　《自然》雜志審稿人稱(chēng)贊“這些結(jié)果代表了遠(yuǎn)距離量子通信持續(xù)探索中的重大突破”，“這個(gè)目標(biāo)非常新穎并極具挑戰(zhàn)性，它代表了量子通信方案現(xiàn)實(shí)實(shí)現(xiàn)中的重大進(jìn)步”。
　　白春禮在講話(huà)中，向“墨子號(hào)”全體參研參試人員表示熱烈祝賀。他說(shuō)，2016年8月16日，“墨子號(hào)”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，受到國(guó)內(nèi)外高度關(guān)注，并入選了習(xí)近平總書(shū)記2017年新年賀詞?！澳犹?hào)”今年1月18日完成在軌測(cè)試，正式交付并開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。半年以來(lái)，科研團(tuán)隊(duì)秉承中科院唯實(shí)、求真、協(xié)力、創(chuàng)新的一貫作風(fēng)，精誠(chéng)合作、刻苦攻關(guān)，取得了一系列全球領(lǐng)先的科學(xué)成果，贏(yíng)得了巨大的國(guó)際聲譽(yù)，標(biāo)志著我國(guó)在量子通信領(lǐng)域的研究在國(guó)際上達(dá)到全面領(lǐng)先的優(yōu)勢(shì)地位。
　　白春禮表示，“墨子號(hào)”全部既定科學(xué)目標(biāo)提前完成，為項(xiàng)目本身畫(huà)上了一個(gè)圓滿(mǎn)的句號(hào)。與此同時(shí)，“墨子號(hào)”也開(kāi)啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)的大門(mén)，為我國(guó)在國(guó)際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)，成為了國(guó)際同行的標(biāo)桿，實(shí)現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。目前，奧地利已經(jīng)與中科院科研團(tuán)隊(duì)展開(kāi)合作，德國(guó)、意大利等國(guó)家的科研團(tuán)隊(duì)也申請(qǐng)加入，領(lǐng)跑的量子衛(wèi)星所產(chǎn)生的聚合效應(yīng)已經(jīng)顯現(xiàn)。在完成既定科學(xué)任務(wù)后，“墨子號(hào)”也制定了后續(xù)拓展實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，包括基于糾纏的量子密鑰、全天時(shí)量子通信等，已經(jīng)在緊張順利地進(jìn)行中。預(yù)計(jì)在衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，還將有更多的科學(xué)成果陸續(xù)發(fā)布。
　　白春禮指出，黨的十八大以來(lái)，以習(xí)近平同志為核心的黨中央把創(chuàng)新擺到國(guó)家發(fā)展全局的核心位置，把鼓勵(lì)創(chuàng)新的各項(xiàng)政策落到了實(shí)處。面對(duì)新的形勢(shì)、新的機(jī)遇，中科院主動(dòng)擔(dān)當(dāng)，2013年啟動(dòng)實(shí)施“率先行動(dòng)”計(jì)劃，全面推進(jìn)研究所分類(lèi)改革，為廣大科研工作者營(yíng)造適合創(chuàng)新、鼓勵(lì)創(chuàng)新的更好氛圍。實(shí)際上，“墨子號(hào)”就是“率先行動(dòng)”計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，中科院集中組合多個(gè)相關(guān)研究單元，形成了量子信息與量子科技創(chuàng)新研究院、空間科學(xué)研究院、微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院，依托這幾個(gè)創(chuàng)新研究院完成了工程研制和科學(xué)成果產(chǎn)出。
　　白春禮強(qiáng)調(diào)，創(chuàng)新永無(wú)止境，也容不得半點(diǎn)懈怠，不進(jìn)則退、慢進(jìn)也是退。目前，我們?cè)诹孔油ㄐ叛芯款I(lǐng)域保持著領(lǐng)跑優(yōu)勢(shì)，但競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈。美國(guó)已經(jīng)發(fā)布了新的量子科研計(jì)劃，歐盟、日本也在加緊研究，在新一輪科研比拼中，我們面臨的形勢(shì)之嚴(yán)峻和壓力之大，都將超過(guò)以往。他希望“墨子號(hào)”實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)以及更多的科研工作者把握機(jī)遇，以時(shí)不我待的精神，艱苦奮斗、勇攀高峰，服務(wù)國(guó)家、造福人民。
　　“墨子號(hào)”量子衛(wèi)星是中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)在“十二五”期間支持的4顆科學(xué)衛(wèi)星之一，是由我國(guó)完全自主研制的世界上第一顆空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。該衛(wèi)星從科學(xué)概念的提出到關(guān)鍵技術(shù)突破，從工程組織實(shí)施到科學(xué)成果的產(chǎn)出，均由中科院主導(dǎo)完成。
　　相關(guān)鏈接：
　　《自然》星地量子密鑰分發(fā)論文
　　《自然》地星量子隱形傳態(tài)論文
　　“墨子號(hào)”在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)
　　專(zhuān)題：量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星
　　發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)
　　白春禮講話(huà)
　　潘建偉介紹“墨子號(hào)”最新成果
　　實(shí)現(xiàn)星地高速量子密鑰分發(fā)
　　完成地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)</di