8月16日凌晨,我國在酒泉衛星發射中心成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。這顆以中國古代科學家墨子命名的“墨子號”衛星,帶著探索星地量子通信的使命升空,將繼續為中國和世界的前沿科技“探路”。這將使我國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信,構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。

量子通信:無條件安全的通信方式

一直以來,對于信息加密技術的研究從來就沒有停止過步伐,古代,人們用在信封上滴蠟蓋上火印的方法,但這仍然無法防備其他人拆開、讀完再復原。現代,人們用電磁波傳遞秘密,但“音量”再低,也防不住精細的竊聽。現今,科學家設法將“音量”調低到如此程度:只依靠一顆顆光子,任何竊密者去測量都會破壞它,從而被發現。信息微弱到了極限——量子級別,再小心的讀取都會徹底改變它,而不可能只改變一點點。這就是量子通訊的保密原理。

可以說量子通信是迄今唯一被嚴格證明為無條件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆,所以能保證加密內容不被破譯,可以從根本上保障信息安全、保護全人類的隱私。理論上絕對安全的通信一旦實現,政府、軍隊和銀行,乃至全社會都將獲益。

改變生活:或15年后走進中國百姓家

量子通信的應用前景,就像電話的普及過程一樣,將逐步進行,蔚為可觀。首先,量子通信可能會應用于國防、金融、政務、科學研究等,之后會在大眾中廣泛應用。

量子科學實驗衛星工程首席科學家潘建偉猜測,5年左右很多機要部門開始用,10年左右金融業、銀行等大機構開始使用,15年的時間或許走進千家萬戶。“屆時,每個人的家里、手機上或許都會有一個量子加密芯片,銀行轉款、電子賬戶等的涉密操作,都不用擔心被盜用或者攻擊。”

他并表示,這需要一個過程,依賴于量子通信網絡的建設,應用成本也會逐漸下降。

影響世界:多國望與中國共建“量子星座”

雖然量子科學實驗衛星成功發射,但從長遠來看,“要實現全球化量子通信還需要長期的努力,特別是需要多顆衛星的組網”,量子科學實驗衛星科學應用系統總師兼衛星系統副總師彭承志表示,“這條征途沒有盡頭”。

也因此,中國以開放的姿態歡迎全球合作。“我們非常高興地同意了奧地利方的請求,共同就北京到維也納之間的洲際量子通信進行實驗合作,中方并決定向全球開放載荷的相關數據”,潘建偉介紹稱。

他表示,德國和意大利也非常希望繼奧地利后加入中國團隊的實驗,在探索全球量子通信組網建設、“量子星座”建設中與中方展開合作。“協議目前已經走完了相關的流程,近期就將進行簽署。”

“畢竟,科學也是面向全世界的,中國的量子衛星走在世界前列之后,可以引領整個學術界在這個方向開展研究,為人類貢獻中國智慧”,潘建偉說。

“墨子號”量子衛星的主要科學目標是借助衛星平臺,進行星地高速量子密鑰分發實驗,并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗,以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破。同時,在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗,開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。它不僅將助力于我國國家信息安全,還有望推動我國科學家在量子科學前沿領域取得重大突破,對于推動我國空間科學衛星系列可持續發展具有重大意義。

該量子衛星由我國自主研發,突破了一系列高新技術,如高精度跟瞄、星地偏振態保持與基矢校正、星載量子糾纏源等工程級關鍵技術,衛星設計壽命為兩年。同時還建設了以4個量子通信地面站和1個量子隱形傳態實驗站為核心的天地一體化量子科學實驗系統。

“墨子號”量子衛星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一,也是該專項完成發射的第三顆科學衛星。此前,暗物質粒子探測衛星“悟空”和微重力科學實驗衛星“實踐十號”已成功發射并執行科學任務。

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