資料來源:科學技術日報

近日，美國科學促進會宣布，墨子號量子科學實驗衛星科研團隊獲得年度克利夫蘭獎，表彰該團隊通過實現千公里級恒星雙向量子糾纏，為推進大規模量子通信實驗研究做出了杰出貢獻。 這是該獎設立至今已有90多年，中國科學家在本土完成的科研成果獲得了這一重要榮譽。 幾個月前，即去年12月17日，墨子號量子科學實驗衛星完成的洲際量子密鑰逐一出爐，也被列入美國物理學會年度國際物理學界的10個重大進展。

圓滿實現三大科學目標

墨子號量子衛星圓滿實現了所有預定的三個科學目標，為我國未來繼續引領世界量子通信技術的快速發展和空之間尺度量子物理基本問題檢測的前沿研究奠定了堅實的科學和技術基礎。 中國科學技術大學潘建偉教授告訴科技日報記者。

由于量子不可克隆原理，量子通信的信號不像經典通信那樣放大，而且由于光纖信道的固有衰減，量子通信的距離受到很大限制。 由于外太空幾乎為真空，因此利用光信號的損失非常小的優點，能夠通過衛星支援大幅擴展量子通信距離。 潘建偉團隊為實現星地量子通信開展了一系列先鋒實驗研究。 墨子號量子科學實驗衛星于年8月16日在酒泉衛星發射中心成功發射，于年1月18日正式展開科學實驗。

逐個發送星星的高速量子密鑰，是對量子衛星進行墨子號的科學目標之一。 墨子號量子衛星與河北興隆地面光學工作站建立了光鏈路，在1200公里的通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離的地面光纖信道高20位數(兆倍)。

實現地球的量子隱形性是墨子號量子衛星的另一個科學目標。 量子隱形傳態不是傳遞粒子本身，而是利用量子糾纏能遠距離傳遞粒子未知的量子態。 在墨子號的隱形性實驗中，使用了從地上發射糾纏的光子，在天上接收的方法。 衛星通過時與海拔5100米的西藏阿里地面站建立了光鏈路，地面光源每秒發生8000個量子隱形傳輸狀態的事例，發射了被墨子號量子衛星糾纏的光子，實驗通信距離為500公里至1400公里，所有6個傳輸狀態均超過99.7%的可靠性。

量子糾纏被愛因斯坦稱為鬼魅般的超距離作用，也是量子力學的不可思議現象之一。 由于量子糾纏非常脆弱，所以對傳統的量子糾纏逐個進行實驗只需要100公里的距離。 這種鬼魅般的超距離作用在更遠的距離上還存在嗎？ 不受重力等其他因素的影響嗎？ 作為衛星的三大科學實驗任務之一，墨子號量子衛星在國際上以空之間的尺度逐一進行了量子糾纏實驗。

墨子號衛星上的糾纏源負載每秒產生800萬個糾纏光子對，可以以每秒一對的速度在地面超過1200公里的兩個臺站之間建立量子糾纏，量子糾纏的傳輸衰減僅為地面光纖的萬億分之一。

開啟全球量子通信時代

將量子科學實驗衛星用墨子號取得的一系列科學實驗成果，在國際上得到了隆重的贊譽和好評，開啟了全球量子通信時代的大門。

的量子密鑰相繼實現，為構建覆蓋全球的量子保密通信互聯網奠定了可靠的技術基礎。 以此為基礎，作為衛星可靠的中繼，可以實現地球上任意兩點的密鑰共享，擴大范圍，使量子密鑰逐個復蓋世界。 此外，量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網的互聯，可以構建覆蓋全球的天地一體化保密通信互聯網。

星星量子糾纏和星星量子遙測的實現，使得人們可以利用量子相干建立的量子通道，構建基于量子新聞的互聯網解決的基本單位。 此外，還開展了未來大規模量子互聯網和量子通信實驗的研究，為開展外太空廣義相對論、量子重力等物理學基本原理的實驗檢測奠定了可靠的技術基礎。

并且，在墨子號三大預定科學實驗任務完成后，年初，通過與奧地利科學院的國際合作，墨子號量子衛星在北京和維也納之間實現了約7600公里外的洲際量子秘密通信。 這個成果被美國物理學會選為年度國際物理學的十大進展之一。

2008年，擁有諾獎異名的沃爾夫物理學獎在獲獎者介紹中表示，逐個發送量子密鑰能夠成功商業化，在光纖上可以達到數百公里，在衛星上可以達到數千公里。 這兩個記錄是潘建偉團隊創造的，一個是光纖量子密鑰一個把遙遠的安全距離打出404公里，另一個是墨子號達到了星球1200公里，這是中國科學家的貢獻，也是中國量子通信世界的標志。

量子通信通過利用量子力學的原理操作量子狀態，可以完成經典通信無法完成的任務。 潘建偉表示，將逐一發送通過量子密鑰實現無條件安全的密鑰，竊聽者即使擁有全宇宙的強大計算機，也無法破譯加密的新聞。 采用逐個發送量子密鑰的技術有助于實現通信安全中的機密性、真實性和不可否認性的無條件安全。 也就是說，保證通信加密不可解密，保證對方身份真實可靠，保證新聞不被篡改。

標準化是產業成熟迅速發展的基礎

年，中國開始建設量子保密通信京滬干線工程，目前，除如期接入的金融客戶外，電力系統、大數據網絡公司也在接入，央行已經制定了金融行業接入采納的相關標準。

而且，世界主要發達國家已經加緊實施遠程量子通信干線工程。 意大利量子通信骨干網的客戶是意大利國家計量研究院、 囊括歐洲非線性光譜實驗室等眾多研究機構和企業的英國建設了英國國家量子通信測試互聯網俄羅斯量子中心建設了用于發布實際金融數據的實用量子通信線路韓國第一階段環首爾地區的量子保密通信互聯網是公共行政事務、警察

北京干線帶動了整個產業鏈的快速發展，特別是在核心零部件國產化和相關標準的制定方面。 潘建偉表示，目前率先實用的量子保密通信技術(或量子密鑰相繼發行，qkd )蓬勃發展，取得了長足的進步，但要進一步實現qkd從實用化到產業化規模的應用，還面臨著諸多挑戰。 其中，標準化是關鍵的一步，是未來產業成熟快速發展的基礎。

目前，我國正在全力推進qkd標準化相關業務。 年6月，工信部中國通信標準化協會( ccsa )成立了量子通信和新聞技術特設小組，已有44家會員單位以量子保密通信標準體系的術語、應用場景、網絡架構、技術要求、測試方法、應用接口等文案為中心，制定了國家標準和 另外，我國專家在iso/iec國際標準化組織啟動了qkd全球國際標準項目，正式啟動了qkd的國際標準化進程。

正如任何新技術的迅速發展一樣，量子通信技術的應用和迅速發展也需要實驗和應用的典范。 關于工程化和實用化，潘建偉一直持有這樣的觀點，一方面要仔細論證，另一方面要積極部署。 正因為有應用才有進步，才有未來。