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中國將發射世界首顆量子衛星 命名為“墨子號”

8月15日消息，我國自主研制的世界首顆量子衛星，當天被正式命名為“墨子”。墨子是墨家學派的創始人，也是戰國時期著名的思想家、教育家、科學家。近日，長征二號丁運載火箭搭載的我國首顆量子衛星“墨子”，即將升空。

潘中科院院士建偉認為，中國人的祖先里有很多非常偉大的科學家，我們之所以取“墨子”這位古代先賢的名字做衛星的名字，也是對中國傳統文化的一份自信與敬意。全球首顆量子科學實驗衛星即將帶著探索星地量子通信的使命升空。

世界首顆量子科學實驗衛星將於本月中下旬擇機在酒泉衛星發射中心發射升空。目前，這顆衛星發射前準備工作已經基本完成。量子科學實驗衛星系統總師朱振才表示，衛星各項指標都達到了設計要求，工作狀態正常，產品狀態非常好。

我國量子科學實驗衛星質量約640千克，由長征-2D運載火箭發射，運行於500千米太陽同步軌道，軌道傾角為97.37°，設計在軌運行壽命2年。科學家已在相距300千米的地面成功進行了量子糾纏實驗，而量子科學實驗衛星將把這個實驗帶到外層空間，連接中國和歐洲之間的量子通信網，旨在建立衛星與地面遠距離量子科學實驗平臺，在國際上首次在空間大尺度下實現星地自由空間量子密鑰生成和分發，以及量子隱形傳態實驗等。

世界首顆量子衛星“墨子號”發射成功：無條件安全通信成可能

2016年8月16日1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。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。

量子衛星首席科學家潘建偉院士介紹，量子通信的安全性基於量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態的不可複制性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。

量子衛星2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一。其主要科學目標一是進行星地高速量子密鑰分發實驗，並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;二是在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，在空間尺度驗證量子力學理論。

工程還建設了包括南山、德令哈、興隆、麗江4個量子通信地面站和阿里量子隱形傳態實驗站在內的地面科學應用系統，與量子衛星共同構成天地一體化量子科學實驗系統。

潘建偉表示，我國自主研發的量子衛星突破了一系列關鍵技術，包括高精度跟瞄、星地偏振態保持與基矢校正、星載量子糾纏源等。量子衛星的成功發射和在軌運行，將有助於我國在量子通信技術實用化整體水平上保持和擴大國際領先地位，實現國家信息安全和信息技術水平跨越式提升，有望推動我國科學家在量子科學前沿領域取得重大突破，對於推動我國空間科學衛星系列可持續發展具有重大意義。

本次任務還搭載發射了中科院研制的稀薄大氣科學實驗衛星和西班牙科學實驗小衛星。量子衛星發射入軌後將進行3個月左右的在軌測試，然後轉入在軌運行階段。

量子衛星工程由中科院國家空間科學中心抓總負責;中國科學技術大學負責科學目標的提出和科學應用系統的研制;中科院上海微小衛星創新研究院抓總研制衛星系統，中科院上海技術物理研究所聯合中科大研制有效載荷分系統;中科院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統研制、建設和運行;對地觀測與數字地球科學中心等單位參加。

據介紹，長征二號丁運載火箭由中國航天科技集團公司所屬上海航天技術研究院研制。此次發射是長征系列運載火箭的第234次飛行。

據潘建偉介紹，到2030年左右，中國力爭率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡。在此基礎上，構建信息充分安全的“量子互聯網”，形成完整的量子通信產業鏈和下一代國家主權信息安全生態系統。

繼量子衛星之後，潘建偉團隊還計劃開展空間站“量子調控與光傳輸研究”項目，研究星間量子通信技術等，同時進行量子密鑰組網應用等研究，為下一步衛星組網奠定技術基礎。

“隨著中國科技的迅猛發展，我相信量子通信將在10年左右時間輻射千家萬戶。期盼在我有生之年，能親眼目睹以量子計算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯網的誕生。”潘建偉說。

墨子號暢想：通信界“天下無賊”

最快再過10~15年，網上銀行、手機支付、信用卡等可能就不怕被盜號了。

我國於16日1時40分左右成功發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，它成功入軌後的各項實驗必將推動量子通信的發展。“量子通信是目前最安全的一種技術，它是以量子力學原理為基礎的，通過技術手段也不可能竊取破譯。”中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中國科技大學上海研究院副研究員張文卓告訴第一財經記者。

“墨子號”升空

“墨子號”的一大任務就是要建立從衛星到地面的量子密鑰分發，設置地面和衛星之間的一個超遠距離的量子通道高精度采集的協助、跟蹤和瞄準系統，進行量子衛星和地面站點之間的密鑰分配，並進行無條件安全的量子通信實驗。

在量子保密通信中，由於量子具有不可分割、不可克隆和測不準的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發送者察覺並規避。目前金融、政務系統已開始使用量子通信。

“量子衛星將讓中國在防禦黑客方面走在世界前列。”美國《華爾街日報》16日發表評論說。

張文卓還向第一財經記者獨家透露：“未來我們計劃在中國空間站上部署量子通信技術。”

領跑量子通信

“‘墨子號’的發射是一個自信‘星’!”在酒泉觀摩完整個發射過程後，中國科學院上海微系統與信息技術研究所超導實驗室副主任、上海賦同科技有限公司總經理尤立星博士有些感慨。

在尤立星看來，國內研究團隊盡管在量子通信技術方面起步較晚，但是發展非常之快，工作節奏和團隊執行能力相較國外研發團隊都要快很多，加之國家相關部門和中科院的大力支持，使得國內的量子通信技術走在世界前沿，“量子衛星是量子通信技術全球化必不可少的環節。”

張文卓也很激動，“雖然與其他火箭發射沒啥區別，但是這里面凝聚了團隊里一百多人的心血。為這一刻，他們等了十多年。”

2016年7月30日，酒泉衛星發射中心，太陽帆板展開試驗準備

究竟什麽是量子通信技術?在長篇科幻小說《三體》中，人類在外星人的幫助下才實現量子通信，讓太空飛船與地球實時通信。但《三體》中的智子實屬作者的科幻想象，真實的量子通信並不是用來傳遞加密後的信息，而是應用於量子密鑰分發。

“量子通信的核心並非改變通信或者加密方式本身，而是提供一個更加安全的密鑰傳輸方式。”尤立星向第一財經記者解釋道。

事實上，“墨子號”將分發中國和歐洲中繼站之間的量子加密的密鑰，若一切順利，可使身處不同大洲的當事人擁有前所未有的通信安全水平。此外，“墨子號”的成功發射也意味著中國已成為首個構建天地一體化量子保密通信和科學實驗體系的國家，由中國布局的量子通訊網絡即將橫跨兩個大洲，實現衛星和地面之間的量子通信。

張文卓表示，量子通信衛星是在不同的空間使用同一個系統的工作原理，利用高速相幹激光將兩個不同大洲的基站進行連接。如果此次發射的中國量子通信衛星實驗成功，那麽“墨子號”將是人類歷史上的首創，也是世界上第一個實現跨大陸量子密鑰分配的網絡。

之所以要發射量子衛星，是因為基於衛星等航天器的空間量子通信，有著地面光纖量子通信網絡無法比擬的優勢

“僅僅發射一顆衛星是不夠的，只有形成星座才能建構起網絡，未來肯定還要發很多顆衛星。” 張文卓說。

“墨子號”將進行3個月左右的在軌測試，然後轉入在軌運行階段。其間將開展三大類實驗。第一類是進行衛星和地面之間的量子密鑰分發，實現天地之間的安全通信，如果4個地面站任何兩兩之間都可以實現安全的通訊，即可實現組網;第二類相當於把量子實驗室搬到太空，在空間尺度檢驗量子理論;第三類是實現衛星和地面千公里量級的量子態隱形傳輸。

“首批研究數據有望在今年年底前采集完畢。”張文卓說，“第一顆衛星很重要，將會證明我們的研究方向是否可行，比如量子密鑰的生成只有達到一定的速度才有實際應用價值。”

無條件保密

通常而言，信息的加密需要使用一連串數字組成的密鑰確保安全，但在傳輸過程中若被竊聽就可能被破譯。而量子密鑰具有不可克隆的特質，基於量子力學的測不準原理，如果密鑰在傳輸過程中遭遇竊聽，收發雙方就會知道，從而放棄使用不安全的密鑰。

目前在中國、歐洲和美國，基於光纖的量子密鑰分配網絡已經大規模應用，量子力學通信理論上就是用來替代現代的光纖通信，進一步提高安全性。

“就量子信息產業研究而言，量子通信在地面已經做過很多次實驗，相對比較成熟，但在太空中實現量子通信很少，難點在於要實現遠距離的跟蹤和瞄準並克服大氣擾動。”尤立星表示。

張文卓表示，量子通信中的信號傳播載體都是單個的光子，不能被放大，在大氣或光纖中傳播，光信號會衰減。傳輸到100多公里的時候，信號就基本衰竭，所以量子通信的距離受到很大限制，要想傳得更遠，就需要不斷建立中繼站。而發射量子衛星，光信號僅通過10公里左右的大氣層，信號衰減很少，可以將通信範圍擴展到全球的距離。

簡單來說，量子衛星起到了一個“配鑰匙”的作用。量子衛星將量子密鑰發送給兩個地面站，再通過對比，建立最終的絕對安全的量子密鑰。擁有相同量子密鑰的兩個地面站，可以把使用量子密鑰加密的信息，通過郵件、物聯網和無線電話等傳統的方式傳遞，而不用擔心信息會泄露。

量子衛星首席科學家潘建偉院士介紹稱：“量子通信的安全性所基於的是量子物理基本原理——單光子的不可分割性和量子態的不可複制性所保證的信息不可竊聽和不可破解。從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等無條件安全，可以從根本上永久性解決信息安全問題。”

不過，張文卓表示：“目前量子通信安全技術還只能用於光通信，光纖等‘主幹道’上的傳輸可以進行保密，手機的量子密碼技術還沒有開發出來，對於無線通信、WiFi技術尚不可用。”

他還透露：“‘京滬幹線’大尺度光纖量子通信骨幹網工程計劃於今年下半年交付。”

“量子通信未來的實際應用涉及銀行間金融數據傳遞的安全性、軍方保密視頻會議等方方面面，只要現在通信用得到的地方就都能夠用量子技術進行保密。”公安部第三研究所副研究員唐前進向第一財經記者表示。

“量子互聯網”有多遠

中國的量子空間衛星將為全球量子通信系統提供一個試驗臺，這也使得此次發射受到全世界的矚目。“中國在基礎量子實驗及其應用領域都做得非常出色。在下一次量子革命中，中國無疑是一個主要參與者。”維也納大學物理學教授塞林格(Anton Zeilinger)表示。

“墨子號”的發射讓“量子互聯網”的未來充滿希望。“如果此次量子科學實驗衛星上的實驗能夠獲得成功，那麽它肯定會為最終的‘量子互聯網’打下堅實基礎。”諾貝爾物理學獎得主、美國伊利諾伊大學香檳分校物理學教授萊格特(Anthony J. Leggett)表示。

據潘建偉介紹，中國力爭到2030年左右率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡，並在此基礎上，構建信息充分安全的“量子互聯網”。

“量子互聯網”是一種基於量子力學原理建立起來的新型互聯網，能夠實現絕對安全的網絡通信。在此基礎之上，量子手機、量子簽章、量子測量儀的概念也開始出現。

未來出現的場景可能是在手機中植入量子加密芯片，用來接收並存儲密鑰。人們只需要將手機和量子密鑰分發機連接，就能夠實現保密通信。“這還有待網絡基礎設施建設的改造及通信標準的制定，預計未來10~15年內有望實現。”張文卓表示。

不過，“量子互聯網”是否將成為未來全球通信的潮流，並進入大眾生活，仍需考慮成本問題。

在尤立星看來，“墨子號”的發射更多是全球化量子通信科學實驗可行性的驗證，離實用仍有一段距離，“量子通信已經是量子信息技術中最接近實用化的了，但成本依舊高昂，目前量子手機等應用大多是概念炒作。”

“墨子號”發射之後 第二次信息革命走來

中國科學院10月12日上午舉行新聞發布會，介紹量子科學實驗衛星“墨子號”8月16日發射以來，已開展的部分測試及科學實驗情況。

量子衛星首席科學家潘建偉院士介紹，量子科學實驗衛星“墨子號”在酒泉衛星發射中心成功發射以來，量子科學實驗衛星任務計劃包括三個部分：發射入軌、在軌測試、開展實驗。之前完成的是發射入軌的任務，目前正在開展在軌測試，為期約三個月。包括三個方面的測試，衛星平臺測試、有效載荷測試、星地鏈路測試。

我國於8月16日1時40分左右成功發射了世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”，它是人類歷史上第一顆用於量子通信研究的量子科學實驗衛星。該衛星由中國科學技術大學和中國科學院上海技術物理研究所共同研制，經過前期準備，於2012年正式立項，並歷時多年研制成功。

該衛星將配合多個地面站實施星地量子密鑰分發、星地量子糾纏分發和地星量子遠程傳態等量子通信領域的實驗。中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新中心、中國科技大學上海研究院副研究員張文卓告訴《第一財經日報》記者：“接下來量子號會積累大量實驗數據，驗證衛星量子通信的可行性和遠距離量子糾纏的存在。”

據潘建偉介紹，目前衛星已經完成衛星平臺測試的情況，能源監控方面，電池組狀態正常，太陽帆板供電正常，充電、放電功能正常。遙控指令與數據註入遙控成功率100%。

同時姿態控制完成了速率阻尼模式、太陽捕獲模式、帆板展開模式以及對慣性定向模式測試，衛星姿控系統運行正常，性能穩定。數傳通信方面，重要遙測量穩定，符合預期。熱控分系統加熱回路工作正常，滿足要求。星務管理方面，星務計算機狀態正常，星務軟件運行正常。

潘建偉對《第一財經日報》記者表示，衛星已經完成測試，有效載荷各單機開機檢查，狀態均正常;完成載荷內部光軸自校正測試，光軸匹配精度滿足任務要求;完成載荷單光子探測專項測試，單光子探測器暗計數指標符合預期;完成對所有地面站的跟瞄，穩定性良好，跟蹤精度滿足要求。在天氣條件滿足跟瞄要求的條件下，對站跟瞄均成功;糾纏源工作正常，光源亮度等指標滿足任務要求;載荷指令註入、遙測下傳以及科學數據下傳均正常。

此外，星地鏈路的測試目前正處於參數調整，尋找最佳工作點以及積累有效數據的過程中。在這之後還將完成三項科學任務，高速星地量子密鑰分發，星地量子糾纏分發，實現大尺度量子非定域性檢驗，星地量子隱形傳態。

中國的目標是，力爭到2030年左右率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡，並在此基礎上，構建信息充分安全的“量子互聯網”。

張文卓對《第一財經日報》記者表示，量子通信衛星是在不同的空間使用同一個系統的工作原理，利用高速相幹激光將兩個不同大洲的基站進行連接。如果此次發射的中國量子通信衛星實驗成功，那麽“墨子號”將是人類歷史上的首創，也是世界上第一個實現跨大陸量子密鑰分配的網絡。

據張文卓介紹，量子通信屬於量子信息領域中最先實用化和產業化的方向，而量子信息是以量子物理學為基礎的新一代信息科學技術。主要包含兩個方面，一個是信息的傳輸，即量子通信。另一個是信息的處理，即量子計算。

自量子力學誕生以來，物理學家通過認識各種宏觀物質背後的量子力學規律，產生了凝聚態物理學和量子光學等學科方向，並在此基礎上發展出了各種高新技術來改變世界。例如通過量子力學研究中電子性質而發現了半導體，通過量子力學研究電子能級受激輻射光子而發現了激光。在此基礎上，20世紀50年代，物理學家們開始陸續研制出了半導體晶體管和激光器，從而催生了第一次信息革命，使得我們今天能便捷地使用各種計算機、智能手機和互聯網。

張文卓告訴《第一財經日報》：“第一次信息革命是屬於‘經典信息’的革命。雖然我們必須用量子力學才能理解半導體和激光的本質與工作原理，我們所處理的還是經典的二進制信息(即經典比特)。信息傳輸和計算都基於經典物理學規律。而隨著量子信息科學技術的誕生，這一條路逐漸發展到了一個全新的階段，催生著第二次信息革命的出現，即完全屬於‘量子信息’的革命。信息傳輸和計算都將直接基於量子物理學。其中量子通信作為排頭兵，走在了這次信息革命的最前面，成為它的第一個突破點。”

他還表示，由於量子計算需要直接處理量子比特，於是“量子遠程傳態”這種直接傳的量子比特傳輸將成為未來量子計算之間的量子通信方式。未來量子遠程傳態和量子計算機終端可以構成純粹的量子信息傳輸和處理系統，即量子互聯網。這也將是未來量子信息時代最顯著的標誌。

“墨子號”量子科學實驗衛星就把遠距離量子遠程傳態作為三個主要目標之一。通過地面站到衛星的糾纏光子發射，共享糾纏光子對。在地面站制備需要傳輸的量子比特，通過隱形傳態將該量子比特發到衛星上。這將是人類第一次在空間尺度上實現量子比特傳輸。

此外，“墨子號”的成功研制並發射，使得中國進一步擴大了在量子通信領域世界領先的優勢。歐洲和美國也感受到了危機，並提出了一系列計劃。歐盟在2016年3月提出的十億歐元量子技術項目《量子宣言》(quantummanifesto)中，將地面和衛星之間的量子保密通信作為一個主要目標。美國國家科學基金(NSF)也啟動了1200萬美元的量子保密通信項目。因此“墨子號”和後續多顆量子通信衛星計劃會進一步引發量子通信的國際競爭，加速全球量子保密通信網絡的實現。

量子通信“京滬幹線”合肥至上海段開通 將與“墨子號”相連

從中國科學技術大學獲悉，由該校牽頭承建的國家量子通信骨幹網“京滬幹線”項目合肥至上海段日前順利開通。據悉，這條長達712公里的線路是目前全球已開通的最長量子保密通信骨幹網絡，將為長三角地區的金融、政務等行業提供高安全通信服務。

據了解，量子保密通信“京滬幹線”項目2013年經國家發展改革委正式批複立項，由中國科技大學牽頭，中國有線電視網絡有限公司、山東信息通信技術研究院等參與建設。項目全長2000多公里，將連接北京、濟南、合肥、上海等地的城域量子通信網。

據新華社報道，“京滬幹線”項目工程總師、中國科學技術大學教授陳宇翺介紹，經過3年多的建設，目前合肥至上海段線路已先期完成建設，途經合肥、滁州、南京、鎮江、常州、無錫、蘇州、上海等11個中繼站，全長712公里。

日前，通過這條線路，合肥與上海兩地間成功實現了遠程量子保密視頻會議，這標誌著“京滬幹線”合肥至上海段正式開通。這條高安全、可擴展、軍民融合的光纖量子保密通信骨幹網絡，將為合肥至上海之間的長三角地區多個城市提供服務。

記者獲悉，“京滬幹線”預計今年年底全線貫通，並將在北京節點與量子科學實驗衛星“墨子號”相連接，構建起全球首個天地一體化的實用性廣域量子通信網絡。

世界首顆量子衛星“墨子號”在軌交付 開始正式科學實驗

據新華社報道，今日，我國發射的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”圓滿完成了4個月的在軌測試任務，正式交付用戶單位使用。中國科學技術大學、中科院微小衛星創新研究院、西安衛星測控中心、中科院國家空間科學中心等單位相關領導在交付使用證書上簽字。

“墨子號”是由我國完全自主研制的世界上第一顆空間量子科學實驗衛星，於2016年8月16日發射升空。“墨子號”的主要應用目標是通過衛星和地面站之間的量子密鑰分發，實現星地量子保密通信，並通過衛星中轉實現可覆蓋全球的量子保密通信。“墨子號”可以在千公里外的外太空以10kbps的速率給地面站分發量子密鑰，比地面同距離光纖量子通信水平提高了15個數量級以上。該項技術突破不僅使得我國具備了對光纖無法覆蓋的地區(如我國的南海諸島、駐外使領館、遠洋艦艇等)直接提供高安全等級量子通信保障的能力，並為我國未來構建覆蓋全球的天地一體化量子保密通信網絡提供可靠的技術支撐。

量子科學實驗衛星在軌測試階段全面完成了衛星平臺測試、有效載荷自測試和天地一體化鏈路測試，衛星平臺和有效載荷工作一切正常，成功構建了星地單向、星地雙向、地星單向量子信道，系統信道效率、時間同步精度、跟蹤瞄準精度均超過系統指標要求，可以滿足空間量子科學實驗的要求。

在交付儀式上，量子科學實驗衛星工程常務副總師王建宇研究員向與會領導和專家做了衛星在軌測試總結報告，並表示量子衛星已經在世界上首次建立了天地一體化量子通信實驗測試平臺，具備了開展空間量子科學實驗的條件。量子科學實驗衛星首席科學家潘建偉院士代表科學研究團隊做了量子衛星壽命期工作安排報告。據潘建偉介紹，目前研究團隊正在有條不紊地開展相關科學實驗工作，已獲取了初步的實驗數據。研究團隊對順利完成星地量子密鑰分發實驗、廣域量子密鑰應用演示實驗、星地雙向量子糾纏及地星量子隱形傳態實驗全部預先設定的科學實驗任務充滿信心。

2016年底，“墨子號”和人類首次探測到引力波等重大成果共同入選英國《自然》雜誌點評的年度國際重大科學事件；“墨子號”作為唯一誕生於美國本土之外的創新技術入選《科學美國人》評選的2016年度“改變世界的十大創新技術”；近日，《華爾街日報》針對中國科技的高速發展給出了標題為“沈寂了一千年，中國誓回發明創新之巔”的專題文章，將“墨子號”量子科學實驗衛星作為中國創新能力提升的重要標誌。