圓滿完成三大任務 “墨子號”搶占量子科技創新制高點

本報記者 吳長鋒

遨游在太空的“墨子號”量子科學實驗衛星(以下簡稱“墨子號”)有了屬于自己的“正式名稱”。2020年9月11日，國家重大文化工程《辭海》(第七版)正式對外發布，本次新增內容中添加了“量子通信”“量子科學實驗衛星”等詞條。2016年我國成功發射世界首顆量子衛星——“墨子號”，并圓滿完成星地量子密鑰分發等三大科學目標。2017年，世界首條千公里級量子保密通信干線——京滬干線建成啟用，與“墨子號”相結合，我國成功實現世界首次洲際量子保密通信……“十三五”期間，我國在量子科技領域取得了一系列重大進展。

超出預期壽命令人驚喜

“墨子號”于2016年8月16日在酒泉衛星發射中心成功發射，2017年1月18日正式開展科學實驗。

“‘墨子號’圓滿實現預定的全部三大科學目標，為我國在未來繼續引領世界量子通信技術發展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎。”中國科學技術大學潘建偉教授表示。

星地高速量子密鑰分發是“墨子號”的科學目標之一。“墨子號”與河北興隆地面光學站建立了光鏈路，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個數量級(萬億億倍)。

實現地星量子隱形傳態是“墨子號”的又一科學目標。量子隱形傳態可利用量子糾纏將粒子的未知量子態精確傳送到遙遠地點，而不用傳送粒子本身。“墨子號”量子隱形傳態實驗采用地面發射糾纏光子、天上接收的方式。實驗通信距離從500公里到1400公里，所有6個待傳送態均以大于99.7%的置信度超越經典極限。

量子糾纏被愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。這種作用在更遠的距離上是否仍然存在？會不會受到引力等其他因素的影響？作為衛星的三大科學實驗任務之一，“墨子號”在國際上首次在空間尺度上開展了量子糾纏分發實驗。

2020年6月15日，“墨子號”在國際上首次實現千公里級基于糾纏的量子密鑰分發，將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數量級。

據悉，“墨子號”預計將超出預期壽命，繼續工作至少2年以上，并展開更多國際合作。

太空最耀眼的“科學之星”

“墨子號”取得的一系列科學實驗成果，獲得了國際社會的好評，并開啟了全球化量子通信時代之門。

星地量子密鑰分發的實現，為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了可靠的技術基礎。以此為基礎，把衛星作為可靠的中繼站，可實現地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發范圍擴展到全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網互聯，可以構建覆蓋全球的天地一體化保密通信網絡。

三大預定科學實驗任務完成之后，2018年初，通過與奧地利科學院的國際合作，“墨子號”首次實現了北京和維也納之間相距約7600公里的洲際量子保密通信。這一成果也被評選為2018年度國際物理學十大進展之一。

2018年，潘建偉團隊榮獲有著諾貝爾獎風向標之稱的“沃爾夫物理學獎”。獲獎者介紹中專門提到：“量子密鑰分發在光纖中已經能做到幾百公里，另一個就是‘墨子號’做到的星地1200公里”。

2019年1月31日，“墨子號”科研團隊被授予2018年度克利夫蘭獎。這是90多年來中國科學家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽。

迄今，“墨子號”研究團隊已在《自然》及《科學》雜志發表了5篇研究論文，為我國在未來繼續引領世界量子通信技術發展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學與技術基礎。

國際權威期刊《自然》雜志曾評價：“墨子號”研究成果標志著中國在量子通信領域的崛起，并將領先于歐洲和北美。

【編輯:房家梁】

[責任編輯：楊凡、汪洋]

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