“墨子”孕育的夢想

“墨子”號量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的主要任務(wù)，是開展基于衛(wèi)星平臺的廣域量子通信和量子力學(xué)基礎(chǔ)原理檢驗。因此，“墨子”的主要科研任務(wù)有三個：

首先，通過量子衛(wèi)星實現(xiàn)衛(wèi)星和地面的量子密鑰分發(fā)，從而實現(xiàn)廣域的量子保密通信。

其次，“墨子”號承擔(dān)著對量子力學(xué)本身的基本原理進(jìn)行檢驗的實驗任務(wù)。

第三，“墨子”號將連接中國和奧地利之間的量子通信網(wǎng)，以證明全球規(guī)模的量子通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)想是可行的。

“針尖對麥芒”的精準(zhǔn)定位

“墨子”號量子通信衛(wèi)星作為天地一體化的空間中轉(zhuǎn)站，承擔(dān)著發(fā)射和傳輸光信號的重要任務(wù)。如何保證距離地球表面數(shù)百千米的光信號能夠順利被地面光學(xué)天線接收，這其中涉及到的關(guān)鍵性實驗技術(shù)的難度就好比是“針尖對麥芒”。

由于衛(wèi)星發(fā)射的光信號是極其微弱的單光子級別，在由空間向地面?zhèn)鬏數(shù)倪^程中會受到許多因素的干擾，比如星光、燈光等都將成為干擾信號傳輸?shù)谋尘霸肼?。此外，衛(wèi)星的運動速度很快，地面的光學(xué)天線必須時刻緊跟衛(wèi)星的“節(jié)奏”，才有可能實現(xiàn)信號的準(zhǔn)確接收。所以，在“墨子”號量子通信衛(wèi)星的設(shè)計過程中，不僅要克服各種噪聲的干擾，保證信號源的穩(wěn)定，同時還要實現(xiàn)與地面光學(xué)天線的準(zhǔn)確對接。盡管是如同“針尖對麥芒”般苛刻的實驗條件，但是在我國科學(xué)家的不懈努力下，如此困難的技術(shù)難題依然得到了解決。

“天地一體化”量子通信

被稱為“京滬干線”的地面量子通信網(wǎng)絡(luò)，是“天地一體化”量子通信網(wǎng)絡(luò)的地面組成部分。將城市之間的城域網(wǎng)連接起來實現(xiàn)城際量子通信非常關(guān)鍵，目前的技術(shù)僅能夠達(dá)到點對點百千米量級的量子通信，所以就需要通過建立可信任的中繼站點來起到信息中轉(zhuǎn)的作用，連接相距數(shù)百千米兩個城市的量子通信網(wǎng)絡(luò)。已經(jīng)建立起來的北京、濟南、合肥、上海四個量子通信城域網(wǎng)，與空間的量子衛(wèi)星共同構(gòu)成了覆蓋全球的廣域網(wǎng)絡(luò)，充分利用衛(wèi)星覆蓋的廣域性和光纖入戶的便利性，從而真正實現(xiàn)“天地一體化”的量子通信。

開啟量子通信新時代

隨著量子衛(wèi)星的發(fā)射升空和“京滬干線”的完工，預(yù)示著中國的廣域量子通信體系為率先建成全球化的量子通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)奠定了基礎(chǔ)，人類即將實現(xiàn)全球范圍內(nèi)衛(wèi)星和地面間的首次量子通信。“天地一體化”的量子通信網(wǎng)絡(luò)即將鋪就，歷經(jīng)30余年的量子信息研究也將步入深化應(yīng)用的時代。未來，量子通信不僅僅只是一種全新的加密通信手段，它將成為新一代信息網(wǎng)絡(luò)安全解決方案的關(guān)鍵技術(shù)和日益普遍的電子服務(wù)安全基石，成為保障未來社會信息安全的重要基礎(chǔ)之一。也許就在不遠(yuǎn)的將來，量子通信技術(shù)將如同手機、電腦一般，走入尋常百姓家。

這是不是意味著，人類渴望的絕對安全通信的夢想即將成為現(xiàn)實？

量子通信概念圖