“墨子號”：讓一個“瘋狂設想”變為現實

文丨《中國科學報》記者王敏

在浩瀚的星空里

有一顆衛星獨一無二

它在世界上首次實現衛星和地面之間量子通信

初步構建“天地一體化”量子保密通信體系

它就是由中國自主研制的

量子科學實驗衛星“墨子號”

從2003年萌發量子衛星通信的設想

到2017年“墨子號”預定科學實驗任務全部完成

中國科學家歷經14年

從跟跑、并跑到領跑“沖刺”的背后

是他們追求原創、寸積銖累、協同攻關的故事

中國科學院院士、中國科學技術大學教授潘建偉介紹

不久的將來

星空上還將出現“量子星座”

形成覆蓋全球、全天時服務的量子通信網絡

科學家甚至可能將量子實驗搬上月球

在地球和月球之間建立起超長的量子糾纏分發

更加深入地探索量子物理基本原理

▲“墨子號”過境新疆烏魯木齊南山站全貌。

1996年

從中國科大碩士畢業的潘建偉

前往奧地利攻讀博士學位

1997年

潘建偉與同事首次在國際上實現量子隱形傳態

這一成果被認為是量子信息實驗研究的“開山之作”

隨后，量子信息在國際上蓬勃發展

但那時國內的量子信息研究幾乎是一片空白

不僅少有人懂

有時甚至還被認為是“偽科學”

2001年，31歲的潘建偉回國

在中國科大組建量子物理與量子信息實驗室

獨立開始量子信息研究

僅2003年一年

潘建偉研究組作為第一單位發表7篇論文

但潘建偉想做的事不止于此

彼時，他萌生了一個近似“瘋狂的設想”：

利用衛星實現遠距離量子糾纏分發

▲潘建偉實驗團隊在討論數據。

2003年至2005年

潘建偉團隊完成了

中國自由空間量子通信領域的“開山之作”

全球首次13公里自由空間

量子糾纏分發和量子通信實驗

證實了量子糾纏能夠穿透大氣層

2006年

潘建偉向中國科學院提出自己的“瘋狂設想”

2007年

中國科學院啟動兩項知識創新工程重大項目

在兩大項目的支持下

潘建偉團隊進行了模擬星地間傳輸損耗

用熱氣球等移動物體

模擬量子衛星運動等重要實驗

這些為后來的“墨子號”奠定了堅實的技術基礎

2011年1月

潘建偉團隊迎來一個關鍵的轉折點

中國科學院啟動

戰略性先導科技專項“空間科學”

“量子科學實驗衛星”等4顆科學衛星入選

2011年12月

衛星工程立項綜合論證報告通過專家評審

最終，經過5年艱苦攻關

量子科學實驗衛星“墨子號”終于成功研制

激動人心的時刻到了

2016年8月16日

世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空

中國率先將量子科學實驗衛星的設想變成了現實

▲2016年8月16日，“墨子號”在酒泉衛星發射中心發射升空。

2017年6月16日

“墨子號”迎來升空后第一個重大成果

在國際上首次實現

千公里級星地雙向量子糾纏分發實驗

并在此基礎上實現空間尺度下嚴格滿足

“愛因斯坦定域性條件”的量子力學非定域性檢驗

2017年8月10日

“墨子號”再次完成兩項重大突破

首次實現衛星到地面的千公里級量子密鑰分發

首次實現地面到衛星的千公里級量子隱形傳態

“墨子號”提前并圓滿實現全部三大既定科學目標

2017年9月29日

中國科學院與奧地利科學院

兩個團隊利用“墨子號”

開展了北京-維也納7600公里的

洲際量子密鑰分發

打通了“天地一體化”量子保密通信鏈路

向實現覆蓋全球的量子保密通信網絡

邁出了堅實一步

“墨子號”項目的實施

還在國際上引發了一股“量子”潮流

美國宇航局發布白皮書

希望重新建立“美國領先”

歐洲航天局也發布了空間量子技術白皮書

《科學》雜志發表社論稱

中國的“墨子號”給美國政府敲響了警鐘

最終導致美國在2018年通過《國家量子行動法案》

到目前為止

“墨子號”仍在辛勤地工作

面向未來

量子還可以走得更遠

潘建偉介紹

在不久的未來

天上會有中高軌量子衛星和低軌微納衛星

組成的“量子星座”

“量子星座”與地面上的光纖量子網絡連接

就可構建實用的全球化廣義量子保密通信網絡

量子科技也將迎來更多可能

時間單位“秒”的重新定義、

量子引力、引力波探測等研究將隨之展開

地月量子糾纏分發也不再是純粹的夢想

腳踏實地，仰望星空

潘建偉說

“我們對未來充滿希望。”

《中國科學報》明日（8月19日）刊發全文：

《世界首顆量子衛星在這里誕生》