中國(guó)首顆量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”在不到一年的時(shí)間里就完成了原定兩年完成的星地高速量子密鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)和地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)三大科學(xué)目標(biāo)。科學(xué)家制訂了后續(xù)拓展實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，進(jìn)一步探索量子通信技術(shù)研究與應(yīng)用，并籌劃發(fā)射數(shù)顆量子衛(wèi)星，構(gòu)建全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。

量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士潘建偉介紹，其團(tuán)隊(duì)下一步將與歐洲量子通信團(tuán)隊(duì)合作進(jìn)行洲際量子密鑰分發(fā)。目前已經(jīng)順利完成與奧地利格拉茨地面站的對(duì)接測(cè)試，正在開(kāi)展量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，8月底將具備洲際量子保密通話的條件。

中國(guó)將與歐洲開(kāi)展洲際量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

潘建偉說(shuō)，中國(guó)與德國(guó)和意大利等國(guó)的洲際量子密鑰分發(fā)合作也正在計(jì)劃中。德國(guó)、意大利的地面站預(yù)計(jì)在2017年年底做好開(kāi)展相關(guān)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備。這表明“墨子號(hào)”不僅可跟中國(guó)的設(shè)備對(duì)接，也可與世界其他國(guó)家符合要求的設(shè)備對(duì)接。

此外，科研團(tuán)隊(duì)還將努力實(shí)現(xiàn)量子通信與經(jīng)典光通信相融合的安全信息傳輸，與有需求的用戶對(duì)接，開(kāi)展量子通信現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

潘建偉說(shuō)，目前“墨子號(hào)”實(shí)現(xiàn)的天地量子密鑰分發(fā)有個(gè)前提，就是“墨子號(hào)”必須可靠，因?yàn)槊荑€是“墨子號(hào)”發(fā)送的，如果“墨子號(hào)”把密鑰泄露出去，那么整個(gè)過(guò)程就不安全了。

他說(shuō)，科研團(tuán)隊(duì)下一步還要開(kāi)展基于量子糾纏的遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)。一旦成功，將最終實(shí)現(xiàn)所有密碼學(xué)者夢(mèng)想的“圣杯”。他希望這項(xiàng)工作今年能夠完成。

中國(guó)科學(xué)家下一步將開(kāi)展基于糾纏的遠(yuǎn)距離量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃中，中國(guó)科學(xué)家的目標(biāo)是建立全球化的量子通信網(wǎng)絡(luò)。

量子衛(wèi)星工程常務(wù)副總師兼衛(wèi)星總指揮王建宇說(shuō)，單顆低軌衛(wèi)星無(wú)法直接覆蓋全球。目前“墨子號(hào)”一次過(guò)境開(kāi)展實(shí)驗(yàn)的時(shí)間約為10分鐘。如果衛(wèi)星在1萬(wàn)公里的軌道上，那么發(fā)送密鑰的時(shí)間就可持續(xù)幾個(gè)小時(shí)。如果衛(wèi)星在3.6萬(wàn)公里的軌道上，地球的三分之一就能一直看到衛(wèi)星，這些地方就在任何時(shí)候都可以保密通信。所以理論上有三顆高軌衛(wèi)星就能覆蓋全球。

“所以‘墨子號(hào)’只是一個(gè)起點(diǎn)，從實(shí)用的角度來(lái)說(shuō)，必須要構(gòu)建由高、中、低軌道衛(wèi)星組成的量子星座，建立覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)。”王建宇說(shuō)。

“墨子號(hào)”開(kāi)展量子密鑰分發(fā)(中科院供圖)

然而，目前“墨子號(hào)”的量子密鑰傳輸只能在地影區(qū)，也就是沒(méi)有日光干擾的黑夜進(jìn)行。“我們需要攻克全天時(shí)量子通信技術(shù)以及獲得更高衰減信道下的量子通信能力。這是我們下一步實(shí)現(xiàn)全球量子保密通信必須要走的道路。”量子衛(wèi)星科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師、衛(wèi)星系統(tǒng)副總設(shè)計(jì)師彭承志說(shuō)。

最近，潘建偉、彭承志等科學(xué)家已經(jīng)在地面實(shí)驗(yàn)中取得突破，在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)白天遠(yuǎn)距離(53公里)自由空間量子密鑰分發(fā)。這一突破驗(yàn)證了日光條件下星間和星地之間量子密鑰分發(fā)的可行性，為未來(lái)構(gòu)建基于量子衛(wèi)星的星地、星間量子通信網(wǎng)絡(luò)掃清了一大關(guān)鍵技術(shù)障礙。

2016年11月28日，在河北興隆觀測(cè)站，“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星過(guò)境，科研人員在做實(shí)驗(yàn)。(合成照片)。 新華社記者金立旺 攝“這證明衛(wèi)星組網(wǎng)突破地影區(qū)限制是可行的，下一步我們會(huì)圍繞這個(gè)方向進(jìn)一步開(kāi)展相關(guān)工作。”潘建偉說(shuō)。

他說(shuō)：“我們希望通過(guò)10年左右的努力，最終能夠構(gòu)建完整的空地一體廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，在國(guó)防、政務(wù)、金融和能源等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，推動(dòng)形成具有國(guó)際引領(lǐng)地位的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)和下一代國(guó)家信息安全生態(tài)系統(tǒng)。也希望進(jìn)一步探索對(duì)廣義相對(duì)論、量子引力等物理學(xué)基本原理的檢驗(yàn)。”

“如果國(guó)家支持發(fā)射多顆量子通信衛(wèi)星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。”潘建偉說(shuō)。