據(jù)新華社甘肅酒泉8月16日電（記者 吳晶晶 楊維漢 徐海濤） 2016年8月16日1時(shí)40分，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空。這將使我國(guó)在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。
中科院量子卓越創(chuàng)新中心主任、中國(guó)量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉院士介紹，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復(fù)制性保證了信息的不可竊聽(tīng)和不可破解，從原理上確保身份認(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等的無(wú)條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問(wèn)題。
量子衛(wèi)星2011年12月立項(xiàng)，是中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星之一。其主要科學(xué)目標(biāo)一是進(jìn)行星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，以期在空間量子通信實(shí)用化方面取得重大突破；二是在空間尺度進(jìn)行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，在空間尺度驗(yàn)證量子力學(xué)理論。
工程還建設(shè)了包括南山、德令哈、興隆、麗江4個(gè)量子通信地面站和阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)站在內(nèi)的地面科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，與量子衛(wèi)星共同構(gòu)成天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。
潘建偉表示，我國(guó)自主研發(fā)的量子衛(wèi)星突破了一系列關(guān)鍵技術(shù)，包括高精度跟瞄、星地偏振態(tài)保持與基矢校正、星載量子糾纏源等。量子衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運(yùn)行，將有助于我國(guó)在量子通信技術(shù)實(shí)用化整體水平上保持和擴(kuò)大國(guó)際領(lǐng)先地位，實(shí)現(xiàn)國(guó)家信息安全和信息技術(shù)水平跨越式提升，有望推動(dòng)我國(guó)科學(xué)家在量子科學(xué)前沿領(lǐng)域取得重大突破，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。
競(jìng)爭(zhēng)加劇，我們?nèi)绾晤I(lǐng)跑？
“我相信量子技術(shù)在21世紀(jì)的重要性可與上個(gè)世紀(jì)的曼哈頓計(jì)劃相比。”中科院量子卓越創(chuàng)新中心主任、中國(guó)量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉院士說(shuō)。也就是說(shuō)，量子技術(shù)可能像曼哈頓計(jì)劃造出原子彈那樣改變世界格局。
由于量子通信和量子計(jì)算的巨大前景，各個(gè)大國(guó)都在競(jìng)相發(fā)展相關(guān)技術(shù)。歐盟今年4月宣布，投入10億歐元支持量子技術(shù)，這是歐盟繼石墨烯和腦科學(xué)之后的第三個(gè)旗艦型科研項(xiàng)目。該項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)者之一、德國(guó)整合量子科學(xué)和技術(shù)中心負(fù)責(zé)人托馬索·卡拉爾科說(shuō)，在歐盟確定頭兩個(gè)旗艦項(xiàng)目時(shí)，量子技術(shù)入選的時(shí)機(jī)不如現(xiàn)在成熟。因?yàn)槟鞘窃谒怪Z登揭露美國(guó)的大規(guī)模監(jiān)聽(tīng)活動(dòng)之前。現(xiàn)在歐洲希望有更具保密性的通信技術(shù)。
美國(guó)白宮也剛剛在7月底發(fā)布官方博文，援引美國(guó)國(guó)家科技委員會(huì)7月提出的報(bào)告《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國(guó)家的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》，建議加大對(duì)量子信息科學(xué)的投入。實(shí)際上，美國(guó)多個(gè)政府部門(mén)如國(guó)防部、航天局、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）等早就對(duì)量子信息技術(shù)研究大量投入。尤其是NIST得到美國(guó)政府高強(qiáng)度和穩(wěn)定的支持，每年獲得大量經(jīng)費(fèi)。在過(guò)去10余年間，NIST在量子調(diào)控和量子信息領(lǐng)域產(chǎn)生了5名諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者。
許多高科技公司也在量子技術(shù)方面大量投入。如谷歌與美國(guó)航天局、加利福尼亞大學(xué)圣巴巴拉分校聯(lián)合成立了量子人工智能實(shí)驗(yàn)室，并推出了量子計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)計(jì)劃；2014年，IBM宣布將于隨后5年內(nèi)在以量子計(jì)算技術(shù)為重點(diǎn)的一些領(lǐng)域投入30億美元；還有一些相對(duì)較小的科技公司也嶄露頭角，比如Battele公司正在運(yùn)行美國(guó)第一個(gè)商業(yè)化的量子密碼通信網(wǎng)絡(luò)。
潘建偉說(shuō)，“墨子號(hào)”發(fā)射以后，如果效果達(dá)到預(yù)期，下一步還計(jì)劃發(fā)射“墨子二號(hào)”“墨子三號(hào)”。“單顆低軌衛(wèi)星無(wú)法覆蓋全球，同時(shí)由于強(qiáng)烈的太陽(yáng)光背景，目前的星地量子通信只能在夜間進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)高效的全球化量子通信，還需要形成一個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。”
未來(lái)，一個(gè)由幾十顆量子衛(wèi)星組成的“璀璨星群”，將與地面量子通信干線“攜手”，支撐起“天地一體”的量子通信網(wǎng)。
到2030年左右，中國(guó)力爭(zhēng)率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建信息充分安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，形成完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國(guó)家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)。
“安全的通信是屬于我們的，但是科學(xué)研究是面向全世界開(kāi)放的。”潘建偉透露，第一個(gè)開(kāi)放的項(xiàng)目是與奧地利科學(xué)院合作，實(shí)現(xiàn)北京和維也納之間的洲際量子保密通訊，之后將和更多國(guó)家合作開(kāi)展量子信息技術(shù)方面的研究。
繼量子衛(wèi)星之后，潘建偉團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃開(kāi)展空間站“量子調(diào)控與光傳輸研究”項(xiàng)目，研究星間量子通信技術(shù)等，同時(shí)進(jìn)行量子密鑰組網(wǎng)應(yīng)用等研究，為下一步衛(wèi)星組網(wǎng)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
“隨著中國(guó)科技的迅猛發(fā)展，我相信量子通信將在10年左右時(shí)間輻射千家萬(wàn)戶(hù)。期盼在我有生之年，能親眼目睹以量子計(jì)算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯(lián)網(wǎng)的誕生。”潘建偉說(shuō)，“我相信中國(guó)科學(xué)家們做得到。”
潘建偉科研團(tuán)隊(duì)是這個(gè)衛(wèi)星項(xiàng)目中的中堅(jiān)力量，他們還主導(dǎo)了今年下半年將交付使用的“京滬干線”量子通信網(wǎng)，這也將是全世界規(guī)模最大的量子通信網(wǎng)。可以說(shuō)，在量子通信研究和應(yīng)用方面，中國(guó)現(xiàn)在是世界的排頭兵。