【香港輕新聞】8月16日凌晨，中國自主研發的全球首顆量子科學實驗衛星「墨子號」，在酒泉衛星發射中心成功升空。據悉，「墨子號」在進入軌道後，首先會進行三個月的軌道測試，之後才轉入兩年的運行階段。

量子衛星有何特別？這需要從量子本身說起。量子世界存在一種「量子糾纏現象」，即兩個有共同來源的量子間存在強關聯。若其中一個發生變化，另一個無論相距多遠也會相應變化。而量子通訊利用量子不可被分割或破壞的特性，通過量子密鑰傳遞信息。一旦密鑰傳輸途中被截獲，其自身狀態會立即改變，使截獲者獲得的信息失效，同時也讓合法接收者察覺。理論上，量子通訊無法被破解或竊聽，具有高保密性，因此量子通訊的優點之一就是防止信息外洩。

量子衛星作為中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一，其主要目的就是藉助衛星平台進行廣域量子通訊網絡實驗，分發量子密鑰。此前國際上沒有任何國家將量子科學實驗送入太空，量子衛星的研製也沒有經驗可循，因此這次中國發射的量子衛星本身具有極高科技含量和精密程度。

量子衛星首席科學家潘建偉稱：「我們希望能夠天上有一個就是通訊網絡的星座，大概是多顆衛星之後，最後它的配合是需要有一個光纖網絡，然後通過光纖網絡送到千家萬戶，這樣的話我們就可以來構建一個廣域的量子通訊網絡。」

關於這顆衛星的命名，潘建偉表示，最終命名為墨子，緣於墨子在兩千多年前就發現了光線沿直線傳播，奠定了光通信、量子通信的基礎。「就像國外有伽利略衛星、開普勒望遠鏡一樣，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。」

在「墨子號」量子通信衛星發射期間，《環球科學》專訪了潘建偉院士，他詳細解答了一些關於「墨子號」的問題。

一、什麼是量子通信？

量子通信是目前唯一得到嚴格證明的無條件安全的通信手段；而在城市範圍內，通過光纖構建城域量子通信網絡是最有效的手段。傳統信息安全依賴於計算的複雜，一旦擁有足夠強的計算能力，所有依賴於計算複雜度的傳統加密算法原則上都會被破解；而量子通信安全性基於量子力學基本原理，只要原理是正確的，量子通信的安全性就有嚴格保障，與計算能力無關。因此可從根本上、永久性地解決信息安全問題。

二、為何用衛星試驗量子通信？經過什麼準備工作？

2004年底，潘建偉團隊在地面實驗中驗證，量子狀態在穿越整個豎直大氣層後還能夠很好存活，證實了星地量子通信的可能性。此後，在中科院兩個知識創新工程重大項目的支持下，潘建偉團隊和中科院其他單位合作，開展了一系列的驗證實驗，充分驗證了星地量子通信的可行性。

三、「墨子號」發射後，將承擔哪些研究工作？研究團隊的分工如何？

量子衛星發射入軌後將進行3個月左右的在軌測試，然後轉入在軌運行階段。主要科學目標為：

1. 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；
2. 在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究；
3. 烏魯木齊南山站和北京興隆站與量子科學實驗衛星配合，完成星地高速量子密鑰分發實驗和建立廣域量子通信網絡演示實驗；
4. 量子科學實驗衛星飛過烏魯木齊南山站與青海德令哈站，青海德令哈站與雲南麗江站之間時，可在兩個地面站之間進行星地量子糾纏分發實驗。
5. 量子科學實驗衛星飛過阿里量子隱形傳態站上空時，實驗站向量子科學實驗衛星發射糾纏光子，完成星地量子隱形傳態實驗。

四、量子通信衛星的4個重要單元（量子密鑰通信機、量子糾纏發射機、量子糾纏源、量子試驗控制與處理機）和其他部分的作用原理和功能？

• 量子密鑰通信機實現量子密鑰分發實驗的密鑰產生發射、量子隱形傳態信號接收探測、糾纏信號發射；
• 量子發射機實現糾纏信號發射、量子密鑰分配實驗密鑰產生和發射；
• 量子糾纏源為星上糾纏光子對產生源頭，為糾纏分發實驗核心；
• 量子實驗控制與處理系統實現密鑰分發實驗的後端處理，最後提取最終密鑰，此外實現糾纏實驗和隱形傳輸實驗的數據分析處理。

除了有效載荷，衛星平臺本身也是重要的單元，因為在所有實驗開始前都需要衛星先和地面站初步對準，這就要求對衛星平台的姿態進行精確的控制。

五、未來，國家可能發射的其他量子通信衛星，會與第一顆有何不同？有發射的時間表嗎？

單顆量子衛星無法直接覆蓋全球，日後還需要發射多顆衛星才能組成衛星網絡。所以主要的不同之處在於：未來發射的量子衛星還需要衛星之間的量子通信、全天時的量子通信，同時突破日光背景下進行量子通信的技術，從而實現全球化的廣域量子通信網絡。不過，後續衛星目前尚無發射的時間表，但我國的未來的空間站項目將開展相關研究。

六、關於量子通信，我國是三步走的策略：一是通過光纖實現城域量子通信網絡；二是通過量子中繼器實現城際量子通信網絡；三是通過衛星中轉實現可覆蓋全球的廣域量子通信網絡。此次量子通信衛星的發射是第三步的重要開端，那麼前面兩步完成得如何？

城域量子通信網絡肯定是第一步，而後面的城際量子通信和衛星量子通信是實現遠距離量子通信的不同路線，是並行開展研究的，並非有先後的順序。但是目前，中國在实用化城域量子通信方面技術全球领先，在城際量子通信方面也走在了世界前列。現合肥、济南、上海、北京等地都建成或即将建成规模化的城域量子通信网络；今年下半年，連接這幾個城市的國際上首條千公里級光纖量子通信幹線「京滬幹線」也將建成，并初步应用于国防、政务、金融等领域的信息安全。

七、歐美也在開展量子通信計劃，能否介紹一下他們的情況？與之相比中國在這一方面水平如何？

美國和歐洲其實在量子通信方面的研究是較早的。 2008年，歐盟啟動量子通信技術標準化研究，成立「基於量子密碼的安全通信」工程；美國國防部支持的「高級研發活動」計劃將量子通信應用拓展到衛星通信、城域以及長距離光纖網絡； NASA也計劃在其總部和噴氣推進實驗室之間建立一個直線600公里、包含10個骨干節點的遠距離光纖量子通信幹線，併計劃拓展到星地通信。2014年，全球最大的獨立科技研發機構美國Battelle公司提出了商業化的廣域量子通信網絡規劃，計劃建造環美國的萬公里量子通信骨幹網絡，為谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等公司的數據中心之間提供量子通信服務。

不過總的來說，正如《自然》雜誌所評論的，隨著量子衛星的發射和京滬幹線的建成，「中國的量子通信水平，已經從十年前不起眼的國家發展為現在的世界勁旅，將領先於歐洲和北美」。然而，來自歐洲和美國的競爭仍然十分激烈。未來我國能否繼續保持領先，還需要國家的戰略佈局和高強度支持。

八、中國計劃在2030年建成全球化的量子通信，作為普通公眾，什麼時候可以用到量子通信？全面實現量子通信，大致會在何時？

目前的量子通信，由於範圍有限、成本較高，主要還是集中在國家信息安全方面的應用。通過10到15年的努力，如果可以構建一個覆蓋全國甚至是全球化的量子通信網絡，同時隨著應用的深入，成本也會逐漸降低；到那時，普通大眾應該也能廣泛享受到量子通信帶來的通信安全。但需要注意的是，量子通信並非要取代傳統通信技術，反而是使傳統通信更加安全。