“墨子號”之后，中國空間量子科學往哪走？

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“低軌量子密鑰衛星組網、中高軌量子科學實驗平臺是未來主要的發展方向。”10月15日，在第三屆中國空間科學大會上，中國科學院院士、中國科學院大學杭州高等研究院院長王建宇說。

2016年8月16日，在中國科學院空間科學先導專項一期的支持下，我國完全自主研制的世界首顆量子科學實驗衛星——“墨子號”量子科學實驗衛星發射成功。“墨子號”運行期間在國際上率先開展了系列空間量子科學實驗，首次實現了洲際量子通信。

在我國成功實施“墨子號”量子衛星的引領下，歐美國家迅速加強了空間量子科學乃至整個量子信息領域的布局。2017年11月，美國宇航局（NASA）發布空間基礎量子物理白皮書，致力于在量子相干與量子糾纏、量子精密測量、量子物質等領域實現突破；歐洲空間局（ESA）也發布了空間量子技術白皮書，目標是在量子通信、基于量子相干測量的時頻傳遞與對地觀測、基礎量子物理實驗等領域實現突破。

“過去七八年里，國際上提出了很多量子科學探測衛星計劃，但是，到目前為止，全面系統進行量子通信實驗的衛星還沒有，大多是小型或者單向的量子實驗。”王建宇說。

他介紹，以“墨子號”積累的優勢為基礎，我國科學家正在國家科技創新2030——“量子通信與量子計算機”重大項目的支持下，籌劃和開展下一代空間量子科學實驗。

“從空間平臺來說，我們正在從低軌平臺，走向中高軌平臺。”王建宇說。

在低軌平臺上，科學家計劃組建低軌量子密鑰衛星網絡。

2022年7月，我國發射了世界首顆量子微納衛星，衛星重量只有“墨子號”的六分之一，結合激光通信實現密鑰時效性提高2到3個數量級。“未來，可以由多顆衛星組成低軌量子密鑰衛星網絡，為我國提供保密通信和密鑰分發服務。”王建宇說。

在中高軌平臺上，科學家將開展量子科學實驗衛星項目，并建立包含衛星系統、科學應用系統、地面支撐系統、運載系統、發射場系統、測控系統的中高軌量子衛星工程系統。

王建宇介紹，中高軌量子科學實驗衛星項目的目標是進行萬公里全天時量子通信實驗，并于經典通信網絡進行無縫銜接，為量子通信的廣泛應用奠定基礎；在中高軌平臺進行時頻對比實驗，開展基于光標的新一代時間頻率基準的國際合作研究；進行地球尺度量子力學完備性檢驗實驗，探索引力場中的量子效應檢驗、引力紅移測量等新方法。

“中高軌量子科學實驗衛星會比‘墨子號’復雜得多。”王建宇說，中高軌量子科學實驗衛星對星地光路對準、星載量子光源、系統偏振保持、近衍射極限量子發射等方面提出了更高要求，而且對微振動抑制技術等關鍵技術有新的需求。

此外，王建宇表示，我國科學家還希望能夠有機會在地月軌道上開展有觀測者參與的貝爾實驗、基礎物理檢驗等；在深空探測中開展空間引力波探測、暗物質探測、量子引力探測等。

“未來，量子科學在空間領域有發展前景廣闊。”王建宇說，“空間量子科技具有重要的應用及科學價值，我們已經取得了重要突破。空間量子科技涉及多項交叉關鍵技術，對空間光通信、深空探測、空間引力波探測等也具有重要的借鑒意義。”

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