量子卫星“墨子号”升空 10年后百姓受益

我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星

一颗以中国古代科学家墨子命名的墨子号卫星成为浩瀚宇宙中的新成员，开启为期两年的太空科学旅程。记者昨天从中国科学院获悉，昨日凌晨1时40分04秒，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星发射升空，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。墨子号承载着在国际上率先探索星地量子通信可能性的使命，并将首次在空间尺度验证已有百年历史的量子理论的真实性。

这颗我国自主研发的量子卫星突破了一系列高新技术，包括同时瞄准两个地面站的高精度星地光路对准、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等工程级关键技术等，卫星设计寿命为两年。

量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。

量子科学实验卫星工程首席科学家潘建伟介绍，卫星距离地面500公里，地面两个实验站相距1200公里，意味着量子卫星科学实验将在60万平方公里的范围内进行。

潘建伟说，墨子号发射后，如果效果达到预期，下一步还计划发射墨子二号、墨子三号等，形成“量子星群”。量子通信估计还需10至15年才能进入百姓生活，届时网上银行、手机支付、信用卡等就再也不怕被盗号、泄密了。

量子通信的安全性是基于量子物理基本原理，可从根本上、永久性解决信息安全问题。未来，我国还将陆续发射卫星，成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。按照规划，到2020年，我国将实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右，我国力争率先建成全球化的广域量子保密通信网络，在此基础上构建信息充分安全的“量子互联网”，形成完整的量子通信产业链。

本次任务还搭载发射了中科院研制的稀薄大气科学实验卫星和西班牙科学实验小卫星。长征二号丁运载火箭由中国航天科技集团公司所属上海航天技术研究院研制。此次发射是长征系列运载火箭的第234次飞行。

■科普Q&A

Q墨子号是颗什么星？

A通俗地说，它的真正身份仍然是通信卫星，唯一不同的是，它是一颗靠量子来传递信息的通信卫星，可以向外发射量子。从500公里开外的太空向地面的实验站发射光量子，这是史无前例、世界首次。

Q究竟什么是量子通信？

A微观世界里，有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系。不管它们距离多远，只要一个粒子状态发生变化，就能立即使另一个粒子状态发生相应变化。利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式，就是量子通信。量子通信有可能发展成为保障信息安全的“终极武器”。

Q未来量子计算机能有多快？

A只要实现了能操控100个粒子的量子计算机，在某些特定功能上就比现在最快的“太湖之光”快百亿亿倍。

■墨子号数字

4种武器

科学家在量子卫星上搭载了自主研发的“四种武器”：

量子密钥通信机

量子纠缠发射机

量子纠缠源

量子试验控制与处理机

4大任务

量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，其主要科学目标是进行四大实验任务：

星地高速量子密钥分发实验

广域量子通信网络实验

星地量子纠缠分发实验

地星量子隐形传态实验

3类实验

第一类?进行卫星和地面之间的量子密钥分发，实现天地之间的安全通信，如果4个地面站任何两两之间都可以实现安全的通讯，即可实现组网；

第二类?相当于把量子实验室搬到太空，在空间尺度检验量子理论；

第三类?实现卫星和地面千公里量级的量子态隐形传输。

■墨子号攻略

“唯一密匙”

量子通信安全绝无仅有

量子通信是迄今唯一被严格证明为无条件安全的通信方式。

传统的通信加密和传输安全，都是依赖于复杂的算法。说白了，就是欺负计算机来不及算出所有的可能。即便是再高级别的保密通信，只要是通过电话线、无线电、光纤等手段，都会面临被破译和窃听的可能。在计算能力凶猛的量子计算机面前，传统传输的密件，就像在裸奔一样。

所以，科学家要尝试量子通信，由量子来押镖这趟信息传输的征程。通俗地说，它传输的是光粒子，而不是数字。这其中，“量子密钥”的作用十分关键。在此次卫星发射的科学目标中就提到了“量子密钥”分发实验。量子密钥就是将数字密钥储存在特殊的量子信息中，并在量子通信线路中传输。

也正是因为它的特性，决定了通过量子通信传输的信息不会被窃听，不会被破解，也从原理上确保了量子通信传输身份认证、传输加密以及数字签名等内容的无条件安全，从根本上解决信息安全问题。

“加密芯片”

银行转账将不会再被盗

潘建伟表示，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，单光子的不可分割性和量子态的不可复制性保证了信息的不可窃听和不可破解，从原理上确保身份认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。理论上绝对安全的通信一旦实现，政府、军队和银行，乃至全社会都将获益。

近年来，欧洲、美国和日本等国均进行了量子通信技术的战略性部署，投入了大量的科研资金和开发力量，进行关键技术攻关和实用化、工程化探索，力争在激烈的国际竞争中占据先机。

而我国在这方面处于国际领先水平。有专家预计，2019年前后，量子通信将会拓宽服务模式，向全社会的网上转款、支付等消费行为延伸。运营商开始主导全国性的组网建设，量子通信网络标准将会建立，到2023年，全国性的量子通信网络有望建成。而从长期看，量子通信很有可能成为人们网络通信的必经通道，量子通信模块被集成在各类通信终端中，将成为信息产业的基础设施。届时，每个人的家里、手机上或许都会有一个量子加密芯片，银行转款、电子账户等的涉密操作，不用担心被盗用或者攻击。

“产业富矿”

量子信息领域前景可期

量子通信代表了数据传输速度与安全的未来方向，是一座万亿级别的产业富矿。有关专家估算，短期内量子通信产业规模即可达数十亿元。而随着网络区域扩大及卫星量子通信网络建设，未来市场空间将更为广阔。今年年初，量子信息产业引起广泛关注，并在资本市场被热炒。随着墨子号量子科学实验卫星升空，资本市场想必又会有一阵暴热。但不少业内人士提醒，量子通信产业应用层面仍处于探索期，预期利好转化为现实利润尚需时日，国内涉足量子信息领域的企业尚为数不多，因此竞争格局未定，但产业前景可期。