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     那些不为人知的瞬间?

    

    

    

    

     2018年3月3日,北京人民大会堂北大厅,全国政协十三届一次会议首次开启“委员通道”。当天下午中外记者云集,在通道前,面对记者的“长枪短炮”,有“量子之父”之称的全国政协委员、中科院院士潘建伟的话掷地有声:“在量子保密通信方面,我国处于全面领先地位。”

     时间回到两年前,2016年8月16日凌晨,中国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。

     量子通信原理上可以提供一种不能破解、不能窃听的安全信息传输方式,量子信息技术甚至被比作和平年代的“核武器”。未来以量子信息技术为代表的量子革命将对人类社会产生巨大影响。

liang zi tong xin yuan li shang ke yi ti gong yi zhong bu neng po jie bu neng qie ting de an quan xin xi chuan shu fang shi, liang zi xin xi ji shu shen zhi bei bi zuo he ping nian dai de" he wu qi". wei lai yi liang zi xin xi ji shu wei dai biao de liang zi ge ming jiang dui ren lei she hui chan sheng ju da ying xiang.

     潘建伟院士与他的“天地一体化广域量子通信技术研究团队”经过长达10余年的协同攻关,在国际上率先实现千公里级的星地量子通信,圆满实现全部既定科学目标;取得了天地一体化广域量子通信技术的重大突破。

     “通过未来五到十年的努力,我们希望能够构建一个天地一体化的量子保密通信网络,来保护千家万户的信息安全。”潘建伟说。

     2016年8月16日凌晨,酒泉卫星发射中心,中国长征二号丁火箭第29次成功发射。与以往的28次发射并无不同,成功将它运载的人造卫星送入了预定轨道。可是这次发射却又有所不同,具有特别重要的意义,因为这次发射升空的,是世界上首颗量子科学实验卫星。

    

    

     中国的这一“石破天惊”的举动,立即引起世界各国的关注。

     量子通信技术被比作和平年代的“核武器”,原理上可以提供一种不能破解、不能窃听的安全信息传输方式,可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全传输问题。

     正如中国科学院院长白春礼所言,“墨子号”成功发射开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门,为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点,成为国际同行的标杆,实现了“领跑者”的转变。

     “墨子号”命名的故事

     两年前,中国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”。那么这颗量子科学实验卫星为什么命名为“墨子号”?我国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟在接受媒体采访时透露,“卫星之名取自于我国科学家先贤,体现了我们的文化自信。”

     我国古代哲学家、墨家学派创始人墨子也是一位鲜为人知的伟大科学家。墨子是最早研究光的,大约两千多年前,墨子和他的学生做了世界上第一个小孔成倒像的实验,并解释了小孔成倒像的原因,指出了光的直线传播的性质,这是对光直线传播的第一次科学解释。

    

    

     “量子科学实验卫星”工作示意图。

     《墨经》中这样纪录了小孔成像:“景到,在午有端,与景长,说在端。”“景。光之人,煦若射,下者之人也高;高者之人也下。足蔽下光,故成景于上;首蔽上光,故成景于下。在远近有端,与于光,故景库内也。”

     《墨经》里记载世界上第一个“小孔成像”实验,解释了小孔成倒像的原因,而这正是现代照相技术原理的起源。

    

    

     命名“墨子号”正是对这颗“世界首发”卫星的最好定义。“墨子是目前据文献记载第一个通过科学实验验证光线沿直线传播的科学家。从某种意义上,他也是第一个提出牛顿第一定律的人。”潘建伟说。

     遭遇前所未有的技术难题

     潘建伟领导的中国量子通信团队取得了举世瞩目的重要成果,在这当中他们遭遇了怎样的技术难题?

     潘建伟曾介绍说,在量子通信技术的研发过程中,首先要面对的是制备单个光量子的技术难题。他举了一个非常形象的例子来解释这一关键技术的难度:一个普通的15瓦左右的灯泡每秒钟辐射出的光量子个数可达百亿亿个,想要实现单个光量子的制备就如同在这百亿亿个光量子发射出来的瞬间捕捉到其中的某一个,技术难度可想而知。

    

    

     潘建伟院士演示实用化量子通信产品进行远距离保密通话。新华社发

     另一个难题是单光子的探测。单个光子已经是光能量的最小单元,能量是非常微弱的,需要发展出非常精密和高效的单光子探测技术。具备了单个光量子的制备和探测能力后,才能够实现安全的量子通信。这仅仅指的是地面上的量子通信,而要实现量子卫星与地面的星地通信难度更可想而知。

    

    

     工作人员调试超冷原子光晶格平台的激光伺服系统。 新华社发

     研究团队成员王建宇教授细数了“墨子号”卫星的种种难关:“举个例子,要从1000公里的高度把一个个光子发射到地面站,这就好比在万米高空高速飞行的飞机上,同时向地面两个旋转的投币口细长的储蓄罐扔进一个个硬币。储蓄罐的投币口是细长的,相当于光的偏振,它是有方向的,硬币要把方向对好才能扔进去,而且不是扔一个,要两边同时都扔准才行。”王建宇说,他们做过一个计算,一根火柴划一下大概有1017个光子,而卫星地面站的探测能力,相当于在地球上的人不用任何仪器,要发现在月亮上有人划了一根火柴。“此外,还要在每秒一亿个光子里面,搞明白我们探测到的是第几个光子,这些光子都是排好队的,抓一个就要知道它是第几个,这样才能用来做密钥。而这对于量子通信的诸多难题而言,只是非常简单的一个小细节。”王建宇说。

     抢占量子科技创新制高点

     “量子通信”是利用量子比特作为信息载体来传输信息的通信技术,可在确保信息安全、增大信息传输容量等方面突破经典信息技术的极限。量子通信有两种最典型的应用,一种是量子密钥分发,另一种是量子隐形传态。量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患,是迄今为止唯一被严格证明原理上无条件安全的通信方式,可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全传输问题。

    

    

     2017年6月15日,在乌鲁木齐南山观测站,“墨子号”量子科学实验卫星过境,科研人员在做实验(合成照片)。新华社记者金立旺 摄

     这听上去“玄而又玄”的“黑科技”正影响改变着我们的现在和未来——我国科学家自主研制的量子通信装备,已经为60周年国庆阅兵、党的“十八大”“十九大”、纪念抗战胜利70周年阅兵等国家重要政治活动提供了信息安全保障。中国银监会银行业监管信息报送、中国人民银行人民币跨境收付信息管理系统、中国工商银行网上银行数据异地灾备系统、阿里巴巴商业数据加密传输等等,用的都是量子保密通信技术。

    

    

     地星量子隐形传态实验,2017年4月拍摄于西藏阿里。中科院供图

     2018年1月21日,“2017科技盛典”颁奖典礼在央视演播大厅隆重举行。潘建伟领衔的“天地一体化广域量子通信技术研究团队”入选年度科技创新团队。中国科学院院长白春礼为该团队颁奖。

     经过长达10余年的协同攻关,该研究团队取得了天地一体化广域量子通信技术的重大突破。他们自主研制了世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”,在国际上率先实现千公里级的星地量子通信,圆满实现全部既定科学目标;国家量子保密通信“京沪干线”通过总技术验收,使得我国的量子通信研究水平全面处于国际领先地位。结合“京沪干线”与“墨子号”的天地链路,中国和奥地利之间在国际上首次成功实现了距离达7600公里的洲际量子密钥分发,标志着天地一体化广域量子通信网络雏形已经形成。

     星地量子密钥分发实验,2017年5月拍摄于乌鲁木齐南山。多张照片合成了卫星过境的全貌,背景是恒星的星轨。中科院供图

    

     正如白春礼所言,“墨子号”开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门,为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点,成为国际同行的标杆,实现了“领跑者”的转变。

     未来已来,重任在肩

     面对这一深刻影响未来的科技竞争,传统科技强国都在积极整合各方面的研究力量和资源,力争在量子信息技术大规模应用方面占据先机。

     欧盟委员会发布《量子宣言(草案)》,呼吁欧盟成员国和欧盟委员会发起资助达10亿欧元的量子技术旗舰计划,确保欧洲的量子产业在全球产业蓝图中的领导地位。美国国家科学技术委员会发布《先进量子信息科学:国家挑战及机遇》报告。美国政府每年斥资2亿美元资助量子信息科学领域的基础和应用研究。

    

    

     为此,我国也进一步发力,“十三五”规划中也将量子通信作为重大科技项目进行重点支持。国家发改委正式启动国家广域量子保密通信骨干网络建设项目,计划通过10年左右的努力,建成面向“一带一路”、服务国家战略需求、规模最大、技术最先进的总里程约3.5万公里的量子保密通信互联网。

     同时,面向构建覆盖全球的量子通信网络远期目标,我国正计划建设业务化运行的量子密码卫星网络,将发射多颗低轨量子通信卫星组成量子星座,提供覆盖全球的量子密码分发服务,量子保密通信服务将从二维平面扩展到三维空间,星地量子密钥分发的实用化和规模化应用正加速到来。

    

    

     “在量子保密通信方面,我国处于全面领先地位。”今年两会首次开启“委员通道”,全国政协委员潘建伟在“委员通道”接受中外媒体采访时表示:“通过未来五到十年的努力,我们希望能够构建一个天地一体化的量子保密通信网络,来保护千家万户的信息安全。”

     参考资料:

     《2018全国两会:全国政协十三届一次会议开幕》央视网

     《量子通讯卫星为什么命名为墨子号》中国青年报·中青在线 记者邱晨辉

     《量子通信:让信息传输无条件安全》科技日报

     《“墨子号”圆满实现三大既定科学目标》科技日报

     《潘建伟:这3个原因使中国成为量子卫星首发国家》凤凰资讯

    

    

    

    

    

    

    

    

     来源:科技日报 文中图片除注明外来自网络

     文字整理:左常睿

     稿件统筹:岳靓

     编辑:朱丽

     审核:王小龙

     the end免责声明:本文来自腾讯新闻客户端自媒体,不代表腾讯网的观点和立场。

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