圓滿完成三大任務(wù) “墨子號(hào)”搶占量子科技創(chuàng)新制高點(diǎn)

本報(bào)記者 吳長(zhǎng)鋒

遨游在太空的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(以下簡(jiǎn)稱“墨子號(hào)”)有了屬于自己的“正式名稱”。2020年9月11日，國(guó)家重大文化工程《辭海》(第七版)正式對(duì)外發(fā)布，本次新增內(nèi)容中添加了“量子通信”“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”等詞條。2016年我國(guó)成功發(fā)射世界首顆量子衛(wèi)星——“墨子號(hào)”，并圓滿完成星地量子密鑰分發(fā)等三大科學(xué)目標(biāo)。2017年，世界首條千公里級(jí)量子保密通信干線——京滬干線建成啟用，與“墨子號(hào)”相結(jié)合，我國(guó)成功實(shí)現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信……“十三五”期間，我國(guó)在量子科技領(lǐng)域取得了一系列重大進(jìn)展。

超出預(yù)期壽命令人驚喜

“墨子號(hào)”于2016年8月16日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，2017年1月18日正式開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“‘墨子號(hào)’圓滿實(shí)現(xiàn)預(yù)定的全部三大科學(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)。”中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授表示。

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。“墨子號(hào)”與河北興隆地面光學(xué)站建立了光鏈路，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)。

實(shí)現(xiàn)地星量子隱形傳態(tài)是“墨子號(hào)”的又一科學(xué)目標(biāo)。量子隱形傳態(tài)可利用量子糾纏將粒子的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠(yuǎn)地點(diǎn)，而不用傳送粒子本身。“墨子號(hào)”量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)采用地面發(fā)射糾纏光子、天上接收的方式。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。

量子糾纏被愛(ài)因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。這種作用在更遠(yuǎn)的距離上是否仍然存在？會(huì)不會(huì)受到引力等其他因素的影響？作為衛(wèi)星的三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)之一，“墨子號(hào)”在國(guó)際上首次在空間尺度上開(kāi)展了量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)。

2020年6月15日，“墨子號(hào)”在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)基于糾纏的量子密鑰分發(fā)，將以往地面無(wú)中繼量子保密通信的空間距離提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。

據(jù)悉，“墨子號(hào)”預(yù)計(jì)將超出預(yù)期壽命，繼續(xù)工作至少2年以上，并展開(kāi)更多國(guó)際合作。

太空最耀眼的“科學(xué)之星”

“墨子號(hào)”取得的一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)成果，獲得了國(guó)際社會(huì)的好評(píng)，并開(kāi)啟了全球化量子通信時(shí)代之門。

星地量子密鑰分發(fā)的實(shí)現(xiàn)，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)。以此為基礎(chǔ)，把衛(wèi)星作為可靠的中繼站，可實(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)展到全球。此外，將量子通信地面站與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)。

三大預(yù)定科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)完成之后，2018年初，通過(guò)與奧地利科學(xué)院的國(guó)際合作，“墨子號(hào)”首次實(shí)現(xiàn)了北京和維也納之間相距約7600公里的洲際量子保密通信。這一成果也被評(píng)選為2018年度國(guó)際物理學(xué)十大進(jìn)展之一。

2018年，潘建偉團(tuán)隊(duì)榮獲有著諾貝爾獎(jiǎng)風(fēng)向標(biāo)之稱的“沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)”。獲獎(jiǎng)?wù)呓榻B中專門提到：“量子密鑰分發(fā)在光纖中已經(jīng)能做到幾百公里，另一個(gè)就是‘墨子號(hào)’做到的星地1200公里”。

2019年1月31日，“墨子號(hào)”科研團(tuán)隊(duì)被授予2018年度克利夫蘭獎(jiǎng)。這是90多年來(lái)中國(guó)科學(xué)家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽(yù)。

迄今，“墨子號(hào)”研究團(tuán)隊(duì)已在《自然》及《科學(xué)》雜志發(fā)表了5篇研究論文，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)。

國(guó)際權(quán)威期刊《自然》雜志曾評(píng)價(jià)：“墨子號(hào)”研究成果標(biāo)志著中國(guó)在量子通信領(lǐng)域的崛起，并將領(lǐng)先于歐洲和北美。

【編輯:房家梁】

[責(zé)任編輯：楊凡、汪洋]

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