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2018年3月3日，北京人民大會堂北大廳，全國政協(xié)十三屆一次會議首次開啟“委員通道”。當(dāng)天下午中外記者云集，在通道前，面對記者的“長槍短炮”，有“量子之父”之稱的全國政協(xié)委員、中科院院士潘建偉的話擲地有聲：“在量子保密通信方面，我國處于全面領(lǐng)先地位。”

時間回到兩年前，2016年8月16日凌晨，中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”。

量子通信原理上可以提供一種不能破解、不能竊聽的安全信息傳輸方式，量子信息技術(shù)甚至被比作和平年代的“核武器”。未來以量子信息技術(shù)為代表的量子革命將對人類社會產(chǎn)生巨大影響。

潘建偉院士與他的“天地一體化廣域量子通信技術(shù)研究團隊”經(jīng)過長達10余年的協(xié)同攻關(guān)，在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地量子通信，圓滿實現(xiàn)全部既定科學(xué)目標；取得了天地一體化廣域量子通信技術(shù)的重大突破。

“通過未來五到十年的努力，我們希望能夠構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，來保護千家萬戶的信息安全。”潘建偉說。

2016年8月16日凌晨，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，中國長征二號丁火箭第29次成功發(fā)射。與以往的28次發(fā)射并無不同，成功將它運載的人造衛(wèi)星送入了預(yù)定軌道。可是這次發(fā)射卻又有所不同，具有特別重要的意義，因為這次發(fā)射升空的，是世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星。

中國的這一“石破天驚”的舉動，立即引起世界各國的關(guān)注。

量子通信技術(shù)被比作和平年代的“核武器”，原理上可以提供一種不能破解、不能竊聽的安全信息傳輸方式，可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全傳輸問題。

正如中國科學(xué)院院長白春禮所言，“墨子號”成功發(fā)射開啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實驗檢驗的大門，為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點，成為國際同行的標桿，實現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

“墨子號”命名的故事

兩年前，中國成功發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”。那么這顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星為什么命名為“墨子號”？我國量子科學(xué)實驗衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科學(xué)院院士潘建偉在接受媒體采訪時透露，“衛(wèi)星之名取自于我國科學(xué)家先賢，體現(xiàn)了我們的文化自信。”

我國古代哲學(xué)家、墨家學(xué)派創(chuàng)始人墨子也是一位鮮為人知的偉大科學(xué)家。墨子是最早研究光的，大約兩千多年前，墨子和他的學(xué)生做了世界上第一個小孔成倒像的實驗，并解釋了小孔成倒像的原因，指出了光的直線傳播的性質(zhì)，這是對光直線傳播的第一次科學(xué)解釋。

《墨經(jīng)》中這樣紀錄了小孔成像：“景到，在午有端，與景長，說在端。”“景。光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在遠近有端，與于光，故景庫內(nèi)也。”

《墨經(jīng)》里記載世界上第一個“小孔成像”實驗，解釋了小孔成倒像的原因，而這正是現(xiàn)代照相技術(shù)原理的起源。

命名“墨子號”正是對這顆“世界首發(fā)”衛(wèi)星的最好定義。“墨子是目前據(jù)文獻記載第一個通過科學(xué)實驗驗證光線沿直線傳播的科學(xué)家。從某種意義上，他也是第一個提出牛頓第一定律的人。”潘建偉說。

遭遇前所未有的技術(shù)難題

潘建偉領(lǐng)導(dǎo)的中國量子通信團隊取得了舉世矚目的重要成果，在這當(dāng)中他們遭遇了怎樣的技術(shù)難題？

潘建偉曾介紹，在量子通信技術(shù)的研發(fā)過程中，首先要面對的是制備單個光量子的技術(shù)難題。他舉了一個非常形象的例子來解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數(shù)可達百億億個，想要實現(xiàn)單個光量子的制備就如同在這百億億個光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個，技術(shù)難度可想而知。

另一個難題是單光子的探測。單個光子已經(jīng)是光能量的最小單元，能量是非常微弱的，需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測技術(shù)。具備了單個光量子的制備和探測能力后，才能夠?qū)崿F(xiàn)安全的量子通信。這僅僅指的是地面上的量子通信，而要實現(xiàn)量子衛(wèi)星與地面的星地通信難度更可想而知。

研究團隊成員王建宇教授細數(shù)了“墨子號”衛(wèi)星的種種難關(guān)：“舉個例子，要從1000公里的高度把一個個光子發(fā)射到地面站，這就好比在萬米高空高速飛行的飛機上，同時向地面兩個旋轉(zhuǎn)的投幣口細長的儲蓄罐扔進一個個硬幣。儲蓄罐的投幣口是細長的，相當(dāng)于光的偏振，它是有方向的，硬幣要把方向?qū)貌拍苋舆M去，而且不是扔一個，要兩邊同時都扔準才行。”

王建宇說，他們做過一個計算，一根火柴劃一下大概有1017個光子，而衛(wèi)星地面站的探測能力，相當(dāng)于在地球上的人不用任何儀器，要發(fā)現(xiàn)在月亮上有人劃了一根火柴。“此外，還要在每秒一億個光子里面，搞明白我們探測到的是第幾個光子，這些光子都是排好隊的，抓一個就要知道它是第幾個，這樣才能用來做密鑰。而這對于量子通信的諸多難題而言，只是非常簡單的一個小細節(jié)。”王建宇說。

搶占量子科技創(chuàng)新制高點

“量子通信”是利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術(shù)，可在確保信息安全、增大信息傳輸容量等方面突破經(jīng)典信息技術(shù)的極限。量子通信有兩種最典型的應(yīng)用，一種是量子密鑰分發(fā)，另一種是量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴格證明原理上無條件安全的通信方式，可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全傳輸問題。

這聽上去“玄而又玄”的“黑科技”正影響改變著我們的現(xiàn)在和未來——我國科學(xué)家自主研制的量子通信裝備，已經(jīng)為60周年國慶閱兵、黨的“十八大”“十九大”、紀念抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵等國家重要政治活動提供了信息安全保障。中國銀監(jiān)會銀行業(yè)監(jiān)管信息報送、中國人民銀行人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)、中國工商銀行網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)異地災(zāi)備系統(tǒng)、阿里巴巴商業(yè)數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)鹊龋玫亩际橇孔颖Ｃ芡ㄐ偶夹g(shù)。

2018年1月21日，“2017科技盛典”頒獎典禮在央視演播大廳隆重舉行。潘建偉領(lǐng)銜的“天地一體化廣域量子通信技術(shù)研究團隊”入選年度科技創(chuàng)新團隊。中國科學(xué)院院長白春禮為該團隊頒獎。

經(jīng)過長達10余年的協(xié)同攻關(guān)，該研究團隊取得了天地一體化廣域量子通信技術(shù)的重大突破。他們自主研制了世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地量子通信，圓滿實現(xiàn)全部既定科學(xué)目標；國家量子保密通信“京滬干線”通過總技術(shù)驗收，使得我國的量子通信研究水平全面處于國際領(lǐng)先地位。結(jié)合“京滬干線”與“墨子號”的天地鏈路，中國和奧地利之間在國際上首次成功實現(xiàn)了距離達7600公里的洲際量子密鑰分發(fā)，標志著天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形已經(jīng)形成。

正如白春禮所言，“墨子號”開啟了全球化量子通信、空間量子物理學(xué)和量子引力實驗檢驗的大門，為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點，成為國際同行的標桿，實現(xiàn)了“領(lǐng)跑者”的轉(zhuǎn)變。

未來已來，重任在肩

面對這一深刻影響未來的科技競爭，傳統(tǒng)科技強國都在積極整合各方面的研究力量和資源，力爭在量子信息技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用方面占據(jù)先機。

歐盟委員會發(fā)布《量子宣言（草案）》，呼吁歐盟成員國和歐盟委員會發(fā)起資助達10億歐元的量子技術(shù)旗艦計劃，確保歐洲的量子產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)藍圖中的領(lǐng)導(dǎo)地位。美國國家科學(xué)技術(shù)委員會發(fā)布《先進量子信息科學(xué)：國家挑戰(zhàn)及機遇》報告。美國政府每年斥資2億美元資助量子信息科學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。

為此，我國也進一步發(fā)力，“十三五”規(guī)劃中也將量子通信作為重大科技項目進行重點支持。國家發(fā)改委正式啟動國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目，計劃通過10年左右的努力，建成面向“一帶一路”、服務(wù)國家戰(zhàn)略需求、規(guī)模最大、技術(shù)最先進的總里程約3.5萬公里的量子保密通信互聯(lián)網(wǎng)。

同時，面向構(gòu)建覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)遠期目標，我國正計劃建設(shè)業(yè)務(wù)化運行的量子密碼衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，將發(fā)射多顆低軌量子通信衛(wèi)星組成量子星座，提供覆蓋全球的量子密碼分發(fā)服務(wù)，量子保密通信服務(wù)將從二維平面擴展到三維空間，星地量子密鑰分發(fā)的實用化和規(guī)模化應(yīng)用正加速到來。

“在量子保密通信方面，我國處于全面領(lǐng)先地位。”今年兩會首次開啟“委員通道”，全國政協(xié)委員潘建偉在“委員通道”接受中外媒體采訪時表示：“通過未來五到十年的努力，我們希望能夠構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，來保護千家萬戶的信息安全。”

摘自《科技日報》