圆满完成三大任务 “墨子号”抢占量子科技创新制高点

本报记者 吴长锋

遨游在太空的“墨子号”量子科学实验卫星(以下简称“墨子号”)有了属于自己的“正式名称”。2020年9月11日，国家重大文化工程《辞海》(第七版)正式对外发布，本次新增内容中添加了“量子通信”“量子科学实验卫星”等词条。2016年我国成功发射世界首颗量子卫星——“墨子号”，并圆满完成星地量子密钥分发等三大科学目标。2017年，世界首条千公里级量子保密通信干线——京沪干线建成启用，与“墨子号”相结合，我国成功实现世界首次洲际量子保密通信……“十三五”期间，我国在量子科技领域取得了一系列重大进展。

超出预期寿命令人惊喜

“墨子号”于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心成功发射，2017年1月18日正式开展科学实验。

“‘墨子号’圆满实现预定的全部三大科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。”中国科学技术大学潘建伟教授表示。

星地高速量子密钥分发是“墨子号”的科学目标之一。“墨子号”与河北兴隆地面光学站建立了光链路，在1200公里通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级(万亿亿倍)。

实现地星量子隐形传态是“墨子号”的又一科学目标。量子隐形传态可利用量子纠缠将粒子的未知量子态精确传送到遥远地点，而不用传送粒子本身。“墨子号”量子隐形传态实验采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式。实验通信距离从500公里到1400公里，所有6个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限。

量子纠缠被爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”。这种作用在更远的距离上是否仍然存在？会不会受到引力等其他因素的影响？作为卫星的三大科学实验任务之一，“墨子号”在国际上首次在空间尺度上开展了量子纠缠分发实验。

2020年6月15日，“墨子号”在国际上首次实现千公里级基于纠缠的量子密钥分发，将以往地面无中继量子保密通信的空间距离提高了一个数量级。

据悉，“墨子号”预计将超出预期寿命，继续工作至少2年以上，并展开更多国际合作。

太空最耀眼的“科学之星”

“墨子号”取得的一系列科学实验成果，获得了国际社会的好评，并开启了全球化量子通信时代之门。

星地量子密钥分发的实现，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。以此为基础，把卫星作为可靠的中继站，可实现地球上任意两点的密钥共享，将量子密钥分发范围扩展到全球。此外，将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网互联，可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络。

三大预定科学实验任务完成之后，2018年初，通过与奥地利科学院的国际合作，“墨子号”首次实现了北京和维也纳之间相距约7600公里的洲际量子保密通信。这一成果也被评选为2018年度国际物理学十大进展之一。

2018年，潘建伟团队荣获有着诺贝尔奖风向标之称的“沃尔夫物理学奖”。获奖者介绍中专门提到：“量子密钥分发在光纤中已经能做到几百公里，另一个就是‘墨子号’做到的星地1200公里”。

2019年1月31日，“墨子号”科研团队被授予2018年度克利夫兰奖。这是90多年来中国科学家在本土完成的科研成果首次获得这一重要荣誉。

迄今，“墨子号”研究团队已在《自然》及《科学》杂志发表了5篇研究论文，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。

国际权威期刊《自然》杂志曾评价：“墨子号”研究成果标志着中国在量子通信领域的崛起，并将领先于欧洲和北美。