中国：量子通信技术从跟随到引领

　　中国首颗也是世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”于去年8月16日成功发射；今年1月18日正式交付科学实验，8月全部提前并圆满实现三大既定科学目标，研究成果在国际权威学术期刊《自然》上在线发表。由中国科学家领跑的世界量子科学领域的一系列成果不仅在国际上引起巨大反响，也在广大公众中激起了对量子技术的强烈兴趣。量子到底是什么？量子通信是怎么回事？拥有量子技术后，我们未来的生活又会有怎样的改变？

　　近日，中科院上海分院副院长、“墨子号”量子卫星工程常务副总设计师王建宇，上海交通大学致远讲席教授、国家重点研发计划量子专项首席负责人张卫平，一起出席暑期院士专家系列科普讲坛，为公众揭开量子技术的神秘面纱。

　　王建宇在主讲报告中详细阐释了量子力学的测不准原理和不可克隆原理，生动形象地解读了“墨子号”通信卫星的重要内容及运行情况。

　　量子通信的核心内容是什么？

　　“墨子号”的首要任务是量子密钥分发，即地面人员将卫星发送来的光子进行测量，从而约定密码，最终实现遥远两地之间绝对安全的量子保密通信。其次是卫星与地面之间的量子纠缠分发，卫星制备出一对纠缠光子，然后将其分别发送到两个地面站。根据量子纠缠理论，虽然这两个量子的状态不断变化，但只要测量其中的一个光子，就能知道另外一个光子的状态。量子通信的另一重要内容是量子隐形传态，在地面站制备一对纠缠光子，一个留在地面，一个发送到卫星上；与此同时再制备出第3个光子，让它和地面的光子发生新的纠缠。按照量子理论，在地面的2个光子纠缠在一起的同时，天上的光子不再和地面的光子纠缠，反而会呈现出地面上第3个光子的状态。

　　为什么要用卫星做光子实验？

　　王建宇解释说，地球上我们最远只能做到100公里，因此要实现安全、长距离、可实用化的量子通信，就必须利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点，通过卫星辅助大大扩展量子通信的距离，才可以把两个测量端的距离拉至1200公里。王建宇还表示，我们现在是用光子做实验，以后也可能有人会用电子或比电子更小的物质去做，这在理论性上是存在可能性的。

　　量子通信能否替代光通信？

　　王建宇指出，我们叫量子通信，实际上国际公认的所谓量子通信不是通信，而是产生密钥。有人说，无线电通信相当于小学生，到微波通信是中学生，到激光通信是大学生，以后量子通信就是研究生这个水平，把之前的都覆盖掉了。其实，这样的认识是不对的，随着通信技术的发展，通信载体的频率会越来越高，量子通信不是去否定任何一种通信手段，而是给传统通信增加一个非常安全可靠的保障。现在国际上说的量子通信，都是指给现在的通信增加安全的手段，而不是替代。

　　中国量子技术从跟随到引领

　　王建宇表示，中国之所以在量子通信领域能够取得巨大成就的原因在于：第一，中国的航天技术和空间激光技术已有长足的进步，为量子通信发展奠定了基础；第二，多年的开放政策为我国科学家的原创提供了科学思想和条件，为“墨子号”注入了力量；第三，多学科融合交叉如卫星发射、量子纠缠源、量子信息保持、天地对接技术等，使得量子卫星在空间光电技术上取得进步；第四，中国的科研组织和管理模式为“墨子号”的成功发射提供了强有力的保障。