“墨子号”：让一个“疯狂设想”变为现实

文丨《中国科学报》记者王敏

在浩瀚的星空里

有一颗卫星独一无二

它在世界上首次实现卫星和地面之间量子通信

初步构建“天地一体化”量子保密通信体系

它就是由中国自主研制的

量子科学实验卫星“墨子号”

从2003年萌发量子卫星通信的设想

到2017年“墨子号”预定科学实验任务全部完成

中国科学家历经14年

从跟跑、并跑到领跑“冲刺”的背后

是他们追求原创、寸积铢累、协同攻关的故事

中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟介绍

不久的将来

星空上还将出现“量子星座”

形成覆盖全球、全天时服务的量子通信网络

科学家甚至可能将量子实验搬上月球

在地球和月球之间建立起超长的量子纠缠分发

更加深入地探索量子物理基本原理

▲“墨子号”过境新疆乌鲁木齐南山站全貌。

1996年

从中国科大硕士毕业的潘建伟

前往奥地利攻读博士学位

1997年

潘建伟与同事首次在国际上实现量子隐形传态

这一成果被认为是量子信息实验研究的“开山之作”

随后，量子信息在国际上蓬勃发展

但那时国内的量子信息研究几乎是一片空白

不仅少有人懂

有时甚至还被认为是“伪科学”

2001年，31岁的潘建伟回国

在中国科大组建量子物理与量子信息实验室

独立开始量子信息研究

仅2003年一年

潘建伟研究组作为第一单位发表7篇论文

但潘建伟想做的事不止于此

彼时，他萌生了一个近似“疯狂的设想”：

利用卫星实现远距离量子纠缠分发

▲潘建伟实验团队在讨论数据。

2003年至2005年

潘建伟团队完成了

中国自由空间量子通信领域的“开山之作”

全球首次13公里自由空间

量子纠缠分发和量子通信实验

证实了量子纠缠能够穿透大气层

2006年

潘建伟向中国科学院提出自己的“疯狂设想”

2007年

中国科学院启动两项知识创新工程重大项目

在两大项目的支持下

潘建伟团队进行了模拟星地间传输损耗

用热气球等移动物体

模拟量子卫星运动等重要实验

这些为后来的“墨子号”奠定了坚实的技术基础

2011年1月

潘建伟团队迎来一个关键的转折点

中国科学院启动

战略性先导科技专项“空间科学”

“量子科学实验卫星”等4颗科学卫星入选

2011年12月

卫星工程立项综合论证报告通过专家评审

最终，经过5年艰苦攻关

量子科学实验卫星“墨子号”终于成功研制

激动人心的时刻到了

2016年8月16日

世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空

中国率先将量子科学实验卫星的设想变成了现实

▲2016年8月16日，“墨子号”在酒泉卫星发射中心发射升空。

2017年6月16日

“墨子号”迎来升空后第一个重大成果

在国际上首次实现

千公里级星地双向量子纠缠分发实验

并在此基础上实现空间尺度下严格满足

“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验

2017年8月10日

“墨子号”再次完成两项重大突破

首次实现卫星到地面的千公里级量子密钥分发

首次实现地面到卫星的千公里级量子隐形传态

“墨子号”提前并圆满实现全部三大既定科学目标

2017年9月29日

中国科学院与奥地利科学院

两个团队利用“墨子号”

开展了北京-维也纳7600公里的

洲际量子密钥分发

打通了“天地一体化”量子保密通信链路

向实现覆盖全球的量子保密通信网络

迈出了坚实一步

“墨子号”项目的实施

还在国际上引发了一股“量子”潮流

美国宇航局发布白皮书

希望重新建立“美国领先”

欧洲航天局也发布了空间量子技术白皮书

《科学》杂志发表社论称

中国的“墨子号”给美国政府敲响了警钟

最终导致美国在2018年通过《国家量子行动法案》

到目前为止

“墨子号”仍在辛勤地工作

面向未来

量子还可以走得更远

潘建伟介绍

在不久的未来

天上会有中高轨量子卫星和低轨微纳卫星

组成的“量子星座”

“量子星座”与地面上的光纤量子网络连接

就可构建实用的全球化广义量子保密通信网络

量子科技也将迎来更多可能

时间单位“秒”的重新定义、

量子引力、引力波探测等研究将随之展开

地月量子纠缠分发也不再是纯粹的梦想

脚踏实地，仰望星空

潘建伟说

“我们对未来充满希望。”

《中国科学报》明日（8月19日）刊发全文：

《世界首颗量子卫星在这里诞生》