全球首颗量子卫星炼成记：墨子号打造保密通信新产业

　　本报记者 许阳 上海报道

　　8月16日凌晨1点40分，搭载长征二号丁运载火箭的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功升天。

　　消息一出，引发一片欢腾，各类媒体纷纷被量子卫星成功发射“刷屏”：“墨子号”相关新闻迅速登上各类社交网站的热搜榜；朋友圈里点赞“墨子号”的成功发射；各路科技类公号的科普文章也开始解读这项“黑科技”……

　　21世纪经济报道记者采访业内人士后了解到，此次量子卫星的主要科学目的是进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破。简单的说，量子卫星用于量子通信，保密性更强，用时更短，可以规避传统通信受到传播网络限制，用时较长且易被截获的问题。

　　“量子通信是迄今唯一被严格证明为无条件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆，所以能保证加密内容不被破译，可以从根本上保障信息安全、保护全人类的隐私。”量子科学实验卫星工程首席科学家潘建伟表示。

　　而接受采访的业内人士和投资人认为，量子卫星升天是我国建立天地一体化的量子通信网络的必不可少的一环，也可一定程度上降低量子通信产业化发展的成本。

　　“墨子号”炼成记

　　所谓量子，即物理中最小的不可分割的基本单位。由于其状态不可知，因此也无法进行克隆，从而保证了信息的安全性。而量子卫星的发展，不但有科学实验上的目的，同时为建立一个极其安全的全球通信网络奠下基石。

　　目前，量子卫星的发射，在全球还属首次。对这颗被命名为“墨子号”的量子科学实验卫星，潘建伟院士表示，墨子最早提出光线沿直线传播，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家墨子的名字命名量子卫星，将提升文化自信。

　　而21世纪经济报道记者梳理“墨子号”的发射历程发现，这颗由我国自主研制的全球首颗量子科学实验卫星，从最初酝酿、前期技术贮备到成功发射，前后历时十多年。

　　从2003年提出量子科学实验卫星的想法，到2011年量子科学实验卫星工程正式立项启动，再到其领衔的量子通信应用关键技术——“多光子纠缠及干涉度量”项目获得2015年度国家自然科学奖一等奖，潘建伟院士在量子科学上的道路走得很艰难，也很稳当。

　　事实上，从去年底开始，量子卫星的“鼓点”开始急速敲起：2015年12月，完成星地光学对接试验，达到科学目标要求； 2016年7月，量子卫星和长征二号丁火箭从上海运往酒泉；2016年8月16日凌晨，“墨子号”成功发射。

　　但是，这只是一个开始。

　　对于普通卫星而言，只要顺利升空就意味着至少成功了一半，但对于量子卫星来说，发射升空后，卫星还要在太空中与地面机构光学实验站进行“互动”。

　　具体来说，地面建设有四个量子通信地面站（南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站）和一个空间量子隐形传态实验站（阿里量子隐形传态实验平台），在中国科学技术大学的量子科学实验卫星控制中心的指挥和调度下，完成四项重要的科学实验：星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验。

　　如果“墨子号”成功运行，中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个广域量子通信体系。

　　产业应用逐步广泛

　　那么，量子通信技术与现有的经典通信方式有什么区别？接受采访的多位专家表示，量子通信的重大价值在于数据保密，并且是无条件的不可窃听、不可破译。作为绝对保密安全的通信措施，量子通信更重要的意义在于防范尚在研制中的、由于运算速度极快而非常容易破解传统通信的量子计算机。

　　中科院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心、中国科学技术大学上海研究院副研究员张文卓撰文表示，之所以要发射量子卫星，是因为基于卫星等航天器的空间量子通信，有着地面光纤量子通信网络无法比拟的优势。例如，可以突破很多地方无法铺设量子通信的专用光纤的障碍。

　　九州量子董事长郑韶辉从产业化的角度分析认为，量子卫星的发射，还能进行成本优化，降低原来需要布网的成本。例如，如果新疆想与全国连上的话，就需要在很多地区进行地面布网，相对来说是不经济的，卫星就可以解决这样一个成本的问题。此外，“墨子号”是我国第一颗发射的量子科学实验卫星，还将会为未来几十颗的卫星发射积累经验，也可以降低未来卫星发射的成本。

　　从目前的应用领域来看，量子通信的商用性主要体现在数据保密上，比如网上银行数据的远程灾备应用、金融机构信息数据的采集应用、金融信息交易应用以及银行同城数据生产和灾备应用等。

　　简单的说，由于成本较为高昂，量子通信的应用范围还比较有限，主要是以对数据保密安全性要求较高的“刚性”用户为主。而与之相对应的是，如果不能形成规模化应用的话，加上前期巨大的研发成本投入，直接导致产品的单价和成本很难降下来。

　　不过，多位业内人士预测，伴随着未来通信领域的逐步更新和技术的普及，成本会下降。

　　从产业应用的时间周期来看，目前量子通信的应用还处于早期阶段，主要受制于地面上的量子通信干线布局有限。而伴随着今年下半年，“京沪干线”、“沪杭干线”等地面光纤量子通信网络将建成，将逐步丰富地面量子通信网络的建设。

　　此外，21世纪经济报道记者从多位知情者处得知，中央支持量子信息产业化发展的专项基金将于今年年底或者明年年初下发。同时，还会推出一部分跟量子信息关联的国家重大工程，这将成为量子信息产业化发展的重要支撑。

　　在采访过程中，多位业内人士的一个共识是，下一步，行业应用将会成为重点。一个可期的信号是，除了国家政策和资金上的支持，量子信息相关应用领域预计也会推出示范项目，比如政务、金融等领域。

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