中国量子通信研究新进展：量子卫星携四大任务即将发射

2016-06-28 08:43

　　今年3月，全国政协委员，中科院院士潘建伟曾透露，中国量子保密通信京沪干线将在今年下半年全线开通，中国研制的世界首颗“量子科学实验卫星”也将在今年七月发射，从而形成一个天地一体化的量子通信网络。

　　量子通信总是让人感觉神秘，事实上其来头的确非常“高大上”。在日前举办的“光纤通信50年高峰论坛”上，中科院上海分院副院长王建宇表示，量子信息学建立在20世纪物理学支柱之一的量子力学基础之上，量子通信则是量子信息学的两大应用之一。量子具有不可复制性，利用这一特性制作的密码，从理论上讲是一种最为安全的密码，量子通信也成为“绝对安全”的通信方式。

　　量子通信的绝对保密特性，在军事、金融、政务等领域拥有广泛的用途，因此成为各主要发达国家和地区研究的重点。王建宇介绍，美国在“保持国家竞争力”计划中，将量子信息列为重点支持领域；欧洲“量子信息处理与通信战略报告”提出，未来5到10年实现千公里级的量子通信、多节点量子通信网络和基于卫星的量子通信，并进行了一系列的实验；日本计划在5-10年内建成全国性的高速量子通信网，并启动了长期支持计划。

　　量子通信只有30年的发展历史，对中国来说并没有很重的历史包袱，因此在量子通信方面的研究，中国与国外诸强基本上从开始就站在同一起跑线上。资料显示，中国在2012年初建成世界上规模最大的46节点量子通信试验网——合肥量子通信政务网，建成以来运行良好；2012年，新华社和中国科大合作建设的金融信息量子通信验证网在北京开通，在世界上首次实现利用量子通信网络对金融信息的安全传输；2014年，世界第一条量子信息保密干线——“京沪干线”量子通信工程开工建设。

　　潘建伟曾指出，量子通信技术的实际应用将分三步走：一是通过光纤实现城域量子通信网络；二是通过量子中继器实现城际量子通信网络；三是通过卫星中转实现可覆盖全球的广域量子通信网络。

　　在本次论坛上，王建宇详细阐述了采用卫星进行量子通信实验的意义。陆地量子通信基于光纤传输，但光纤存在固有的光子损耗、与环境的耦合会使纠缠品质下降，因此光量子传输难以通过光纤向远距离拓展；近地面自由空间通道会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响，光量子传输难以在地面自由空间中向远距离拓展。

　　卫星通信的优势在于，克服地表曲率、没有障碍物的阻碍；大气对某些波长的光子吸收非常小；只有5-10公里的水平大气等效厚度；大气能保持光子极化纠缠品质；外太空无衰减和退相干。以上特质，使得卫星通信成为远距离光量子传输的必由之路。

　　中科院先导项目“量子科学实验卫星”，据王建宇介绍，从2011年就开始进行任务需求分析、整星方案设计和关键技术攻关，并在当年底立项。在2012-2016年，量子卫星经历了整星初样设计、各类试验和生产、总装、与大系统对接试验、卫星出厂测试等步骤，且都顺利完成，并将在2016年7月“择机发射”。

　　整个项目分为卫星和地面两大部分。在地面，项目已经完成了一系列关键技术测试；在卫星部分，发射后将携四大任务：星地高速量子密钥分发的实验；广域量子通信网络实验任务；星地双向纠缠分发的实验；空间尺度量子隐形传态的实验，目标建立星地量子信道。

　　按照规划，中国在2016年首颗量子卫星发射后还将发射更多卫星，到2020年实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发, 届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右，中国将建成全球化的广域量子通信网络。中国量子通信技术的研究成果不必否认，随着国家大力推动量子技术的发展，将有机会成就一段技术传奇。