“十三五”期間，我國在量子科技領(lǐng)域取得了一系列重大進展

遨游在太空的“墨子號”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星（以下簡稱“墨子號”）有了屬于自己的“正式名稱”。2020年9月11日，國家重大文化工程《辭?！罚ǖ谄甙妫┱綄ν獍l(fā)布，本次新增內(nèi)容中添加了“量子通信”“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”等詞條。2016年我國成功發(fā)射世界首顆量子衛(wèi)星——“墨子號”，并圓滿完成星地量子密鑰分發(fā)等三大科學(xué)目標。2017年，世界首條千公里級量子保密通信干線——京滬干線建成啟用，與“墨子號”相結(jié)合，我國成功實現(xiàn)世界首次洲際量子保密通信……“十三五”期間，我國在量子科技領(lǐng)域取得了一系列重大進展。

“墨子號”外太空實驗?zāi)M圖圖片來源：中國電子科技大學(xué)

超出預(yù)期壽命令人驚喜

“墨子號”于2016年8月16日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，2017年1月18日正式開展科學(xué)實驗。

“‘墨子號’圓滿實現(xiàn)預(yù)定的全部三大科學(xué)目標，為我國在未來繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)?！敝袊茖W(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授表示。

星地高速量子密鑰分發(fā)是“墨子號”的科學(xué)目標之一。“墨子號”與河北興隆地面光學(xué)站建立了光鏈路，在1200公里通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離地面光纖信道高20個數(shù)量級（萬億億倍）。

實現(xiàn)地星量子隱形傳態(tài)是“墨子號”的又一科學(xué)目標。量子隱形傳態(tài)可利用量子糾纏將粒子的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠地點，而不用傳送粒子本身。“墨子號”量子隱形傳態(tài)實驗采用地面發(fā)射糾纏光子、天上接收的方式。實驗通信距離從500公里到1400公里，所有6個待傳送態(tài)均以大于99.7%的置信度超越經(jīng)典極限。

量子糾纏被愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”。這種作用在更遠的距離上是否仍然存在？會不會受到引力等其他因素的影響？作為衛(wèi)星的三大科學(xué)實驗任務(wù)之一，“墨子號”在國際上首次在空間尺度上開展了量子糾纏分發(fā)實驗。

2020年6月15日，“墨子號”在國際上首次實現(xiàn)千公里級基于糾纏的量子密鑰分發(fā)，將以往地面無中繼量子保密通信的空間距離提高了一個數(shù)量級。

據(jù)悉，“墨子號”預(yù)計將超出預(yù)期壽命，繼續(xù)工作至少2年以上，并展開更多國際合作。

太空最耀眼的“科學(xué)之星”

“墨子號”取得的一系列科學(xué)實驗成果，獲得了國際社會的好評，并開啟了全球化量子通信時代之門。

星地量子密鑰分發(fā)的實現(xiàn)，為構(gòu)建覆蓋全球的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)奠定了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。以此為基礎(chǔ)，把衛(wèi)星作為可靠的中繼站，可實現(xiàn)地球上任意兩點的密鑰共享，將量子密鑰分發(fā)范圍擴展到全球。此外，將量子通信地面站與城際光纖量子保密通信網(wǎng)互聯(lián)，可以構(gòu)建覆蓋全球的天地一體化保密通信網(wǎng)絡(luò)。

三大預(yù)定科學(xué)實驗任務(wù)完成之后，2018年初，通過與奧地利科學(xué)院的國際合作，“墨子號”首次實現(xiàn)了北京和維也納之間相距約7600公里的洲際量子保密通信。這一成果也被評選為2018年度國際物理學(xué)十大進展之一。

2018年，潘建偉團隊榮獲有著諾貝爾獎風(fēng)向標之稱的“沃爾夫物理學(xué)獎”。獲獎?wù)呓榻B中專門提到：“量子密鑰分發(fā)在光纖中已經(jīng)能做到幾百公里，另一個就是‘墨子號’做到的星地1200公里”。

2019年1月31日，“墨子號”科研團隊被授予2018年度克利夫蘭獎。這是90多年來中國科學(xué)家在本土完成的科研成果首次獲得這一重要榮譽。

迄今，“墨子號”研究團隊已在《自然》及《科學(xué)》雜志發(fā)表了5篇研究論文，為我國在未來繼續(xù)引領(lǐng)世界量子通信技術(shù)發(fā)展和空間尺度量子物理基本問題檢驗前沿研究奠定了堅實的科學(xué)與技術(shù)基礎(chǔ)。

國際權(quán)威期刊《自然》雜志曾評價：“墨子號”研究成果標志著中國在量子通信領(lǐng)域的崛起，并將領(lǐng)先于歐洲和北美。

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