让量子科学,中中原人民共和国领跑

“墨子”号:让量子科学“照进”生活

从长远来看,量子通信还能实质性地提升国家的信息技术水平和信息产业的核心竞争力,实现国家信息系统建设的跨越式发展,对综合国力的提升、经济和社会的进步产生深远的影响。因此,量子通信也被认为是最有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术。

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从长远来看,量子通信还能实质性地提升国家的信息技术水平和信息产业的核心竞争力,实现国家信息系统建设的跨越式发展,对综合国力的提升、经济和社会的进步产生深远的影响。因此,量子通信也被认为是最有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术。

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。

“量子通信是迄今唯一被严格证明为无条件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆,所以能保证加密内容不被破译。它可以从根本上保障信息安全、保护全人类的隐私。”潘建伟说,量子通信的实用化和产业化成为欧盟、美国、日本等争相追逐的目标。

量子技术的应用,除了量子通信,不得不提的还有量子计算及其衍生出来的精密测量技术。

中国科学院院士

走入千家万户

图片 1中国科学院院士

除了量子通讯网络的建设,量子通信的应用远比我们想象的更为广泛和“接地气”。

“在量子通信领域,当大多数人仍致力于在实验室内部的原理性演示时,我们已经开始思考如何能够在太空中实现量子信息传输。”8月16日,当全球第一颗量子科学实验卫星“墨子号”成功进入太空时,量子科学实验卫星工程首席科学家潘建伟回想起了中国科学家们过去十多年来的不懈追求。

技术改变生活

在十八大、“抗战胜利70周年阅兵”等关键节点,我们都可以看到量子通信装备的“身影”。比如,利用量子通信技术装备在国庆60周年阅兵期间构建的“量子保密热线”,就为国庆阅兵过程中重要信息的传送提供了必要的保障。

发射量子科学实验卫星的计划,要追溯到13年前。

图片 2中国科学院院士于渌

当信息安全已然上升到国家战略的高度,保障通信安全与通信保密也随之成为政府高度关注的焦点,发展“自主可控”的信息技术和产品成为当务之急。

这种高精度的跟踪和地面站配合到底有多难?王建宇打了个比方:坐在万米高空的飞机上,向地下连续扔下一枚枚硬币,要保证每一枚硬币都要扔进线型开口的储蓄罐,而且储蓄罐还在旋转。

Anton Zeilinger

李家明

“但光纤存在损耗问题。”潘建伟说,要实现覆盖全球的广域量子保密通信,还需要借助卫星的中转。早在2003年,潘建伟便提出了发射量子卫星的构想,而当时很多科学家对量子通信的构想还停留在实验室。经过多年研究,2011年,我国正式启动量子科学实验卫星工程,并将其列入空间科学先导专项。

伴随着互联网的飞速发展,信息安全早已成为人们关心的网络问题首选。而2013年爆发的“棱镜门”事件,更使这一问题发酵成为更高层次的国家安全隐患。

奥地利科学院院长

2001年,潘建伟回国建立量子信息实验室。2007年,他的团队在世界上首次利用诱骗态方案实现了安全距离超过100公里的光纤量子密钥分发实验。在此基础上,我国在城市范围内通过光纤构建了城域量子通信网络,成为城域量子通信网络的全球领先者。

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。

图片 3

在量子通信的国际竞赛中,中国起步并非最早,但在潘建伟等人的努力下,已经实现“弯道超车”,成为首个将量子科学实验卫星送入太空的国家。“我们将引领全世界在量子通信方面的研究。”他说。

在十八大、“抗战胜利70周年阅兵”等关键节点,我们都可以看到量子通信装备的“身影”。比如,利用量子通信技术装备在国庆60周年阅兵期间构建的“量子保密热线”,就为国庆阅兵过程中重要信息的传送提供了必要的保障。

中国科学院院士

但是,要完成“作业”并不轻松。量子卫星在飞行的过程中,携带的两个激光器要分别瞄准两个地面站,向左向右同时传输量子密钥。“国外的光通信卫星都是瞄准一个地面站,一颗卫星对准两个地面站的从来没有过,而且还要保证对得准,技术难度很大。”量子科学实验卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇说。

在太空上远距离对量子力学的预测进行检验,这将是非常有趣的一项实验。如果此次量子科学实验卫星上的实验能够获得成功,那么它肯定会为最终的“量子互联网”打下坚实的基础。

当前,城域光纤量子通信网络技术早已成熟,这为通过大力发展我国自有的量子通信技术以掌握未来信息产业主动权提供了难得的机遇。其中,在一个中等城市范围内利用光纤传输光子编码载体是目前实现量子通信的最佳方案。

“墨子号”量子卫星的设计寿命为两年,潘建伟为这颗第一个踏入太空的量子卫星布置了“作业”:进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究,检验量子力学在大尺度范围的有效性。

量子科学实验卫星是我国自主研发的世界第一颗星地量子通信设备,也是我国在空间科学方面从跟踪追赶到并跑,再到领跑的典型代表。

图片 4

为了实现这种精度,王建宇与潘建伟等从2012年起就开始进行各种实验。“以前做航天工作,多少能找到一些参考,看看人家是怎么做的,自己怎么改进和超过。但这次是别人从没做过的,完全靠自己解决。”王建宇感慨。

李家明

而这其中最具代表性和说服力的,当属量子科学实验卫星及其带来的可能颠覆人类现有通信、计算、测量方式的量子技术。

“现在很多人问,为什么现代科学没在中国诞生?其实,我们的祖先里有非常伟大的科学家。以‘墨子’命名第一颗量子卫星,我们希望可以激发大家的文化自信,激励国人前进。”潘建伟说。

图片 5波兰格但斯克大学理论物理和天文物理研究所所长

(原载于《中国科学报》 2016-08-16 第1版 要闻)

在量子科学实验卫星发射成功的同时,“墨子”,这个两千多年前的古人的名字将与量子卫星一同遨游太空。“量子科学实验卫星取名‘墨子’,是为彰显我国文化自信。”潘建伟告诉记者。

根据理论预计,求解一个亿亿亿变量的线性方程组,利用目前世界上最快的“天河二号”超级计算机需要100年。而利用计算频率还低万分之一的THz量子计算机,却只需0.01秒。

在合肥城域量子通信试验示范网成功建成后,2013年,济南量子通信试验网也开始正式投入使用。这不仅是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网,也是世界上已知的规模最大、功能最全的量子通信试验网。

继“量子科学实验卫星”项目之后,我国还将计划开展空间站“量子调控与光传输研究”项目。该项目将研究星间量子通信技术、全天时量子通信技术等,同时进行量子密钥组网应用、多种技术体制的空间激光通信验证、量子密钥分发与激光通信复合的加密信息传输系统等应用研究,为下一步的卫星组网奠定技术基础。

2012年,合肥城域量子通信试验示范网全网落成。这一项目成功搭建了46个节点的城域量子通信网络,覆盖合肥市主城区,用户涵盖政府部门、金融机构等,能提供量子安全下的实时语音通信、文本通信及文件传输等功能。4年来,示范网运行良好,通信正确率达99.6%,超过目前的移动通信水平。

量子科学实验卫星是我国自主研发的世界第一颗星地量子通信设备,也是我国在空间科学方面从跟踪追赶到并跑,再到领跑的典型代表。

(原载于《光明日报》 2016-08-1606版)

除了量子通讯网络的建设,量子通信的应用远比我们想象的更为广泛和“接地气”。

在太空上远距离对量子力学的预测进行检验,这将是非常有趣的一项实验。如果此次量子科学实验卫星上的实验能够获得成功,那么它肯定会为最终的“量子互联网”打下坚实的基础。

这些实验将通过我国自主研发的星地量子通信设备完成,它能够产生经过编码的,甚至是纠缠的光子并发射到地面上,与之对接的地面系统则负责接收光子。为此,我国建设了以4个量子通信地面站和1个量子隐形传态实验站为核心的天地一体化量子科学实验系统。

在合肥城域量子通信试验示范网成功建成后,2013年,济南量子通信试验网也开始正式投入使用。这不仅是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网,也是世界上已知的规模最大、功能最全的量子通信试验网。

Anthony J. Leggett

潘建伟介绍,以墨子为代表的墨家在光学等领域有许多成就,比如《墨子》在世界上最早系统地阐释了“小孔成像”理论,以及光是沿直线传播的。“这是光学领域最重要的科学原理之一,奠定了光通信、量子通信等理论的基础。”他说,《墨子》甚至还走得更远,其关于“端”的论述指出“端”是不占有空间的,是物体不可再分的最小单元,某种程度上提出了原子学说。英国学者李约瑟认为,《墨子》建立了中国古代第一个逻辑学体系,是与古希腊、古印度并列的三大古典逻辑体系。

当前,城域光纤量子通信网络技术早已成熟,这为通过大力发展我国自有的量子通信技术以掌握未来信息产业主动权提供了难得的机遇。其中,在一个中等城市范围内利用光纤传输光子编码载体是目前实现量子通信的最佳方案。

于渌

从光纤到卫星

潘建伟教授的团队是实验研究中的全球佼佼者,因此我很高兴地看到他们把实验“搬到太空”。量子科学实验卫星项目将会成为真正的开拓者。

诺奖得主

取名“墨子”彰显文化自信

当信息安全已然上升到国家战略的高度,保障通信安全与通信保密也随之成为政府高度关注的焦点,发展“自主可控”的信息技术和产品成为当务之急。

根据理论预计,求解一个亿亿亿变量的线性方程组,利用目前世界上最快的“天河二号”超级计算机需要100年。而利用计算频率还低万分之一的THz量子计算机,却只需0.01秒。

“如果进展顺利,国家也支持发射多颗量子通信卫星,那么有希望到2030年左右,建成全球化的广域量子通信网络。”潘建伟说,他的愿望是争取用15年左右时间使量子通信进入千家万户。

Marek Zukowski

2012年,合肥城域量子通信试验示范网全网落成。这一项目成功搭建了46个节点的城域量子通信网络,覆盖合肥市主城区,用户涵盖政府部门、金融机构等,能提供量子安全下的实时语音通信、文本通信及文件传输等功能。4年来,示范网运行良好,通信正确率达99.6%,超过目前的移动通信水平。

近年来,量子信息科学成为物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一。利用量子调控技术,能够用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵,在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典信息技术的瓶颈。

那么,究竟有没有一种通信技术和手段是绝对可以信赖的呢?答案是肯定的。

波兰格但斯克大学理论物理和天文物理研究所所长

“墨子号”量子卫星升天后,将结合我国地面即将建成的“京沪干线”千公里级广域量子通信骨干网络,初步构建我国空地一体的广域量子通信体系,为率先建成全球化的量子通信网络奠定基础。

这颗由中国完全自主研发的卫星不仅是我国,更是世界上首颗量子科学实验卫星,其对未来量子通信技术的发展意义重大,是我国在全球量子通信技术发展领域迈出的第一步。

点赞“墨子”

“但卫星的发射并不代表我们的努力就到此为止。”潘建伟说,单颗低轨卫星无法覆盖全球,同时由于强烈的太阳光背景,目前的星地量子通信只能在地影区进行。要实现高效的全球化量子通信,还需要形成一个卫星的网络。

守护国家安全

我们非常高兴地看到量子科学实验卫星正在顺利地将量子通信提高到一个新的水平。我期待此次实验不仅能够提供重要的新成果,也将成为迈向全球量子通信体系的重要一步。

完全靠自己

无处不在的卫星通信、卫星导航定位、卫星遥感以及依靠卫星对地球观测的天气预报和灾害预报,成为保障国家安全以及日常生活中必不可少的要素;而源于空间科技需求发展起来的新技术,在为空间探索服务的同时,更是极大地改变着人们的生活。

量子技术的应用,除了量子通信,不得不提的还有量子计算及其衍生出来的精密测量技术。

基于量子理论,科学家提出量子密钥的概念。量子密钥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。

朱诗尧

图片 6诺奖得主Anthony
J. Leggett

中国科学院院士

点赞“墨子”

Marek Zukowski

我们非常高兴地看到量子科学实验卫星正在顺利地将量子通信提高到一个新的水平。我期待此次实验不仅能够提供重要的新成果,也将成为迈向全球量子通信体系的重要一步。

图片 7

由于“绝无仅有”的安全性,量子通信在国家安全、金融等领域有着重大的应用价值和前景。

那么,究竟有没有一种通信技术和手段是绝对可以信赖的呢?答案是肯定的。

图片 8奥地利科学院院长

潘建伟教授的团队是实验研究中的全球佼佼者,因此我很高兴地看到他们把实验“搬到太空”。量子科学实验卫星项目将会成为真正的开拓者。

■本报记者 唐琳

由于“绝无仅有”的安全性,量子通信在国家安全、金融等领域有着重大的应用价值和前景。

《中国科学报》 (2016-08-16 第1版
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本月中下旬择机发射

伴随着互联网的飞速发展,信息安全早已成为人们关心的网络问题首选。而2013年爆发的“棱镜门”事件,更使这一问题发酵成为更高层次的国家安全隐患。

量子科学实验卫星的发射很重要,对建立全球性通信网络,构建“量子互联网”至关重要。此次卫星的成功发射,肯定会带动一系列科学技术的发展,尤其是精密科学。

基于量子理论,科学家提出量子密钥的概念。量子密钥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。

图片 9中国科学院院士朱诗尧

图片 10

而这其中最具代表性和说服力的,当属量子科学实验卫星及其带来的可能颠覆人类现有通信、计算、测量方式的量子技术。

无处不在的卫星通信、卫星导航定位、卫星遥感以及依靠卫星对地球观测的天气预报和灾害预报,成为保障国家安全以及日常生活中必不可少的要素;而源于空间科技需求发展起来的新技术,在为空间探索服务的同时,更是极大地改变着人们的生活。

Anton Zeilinger

图片 11

这颗由中国完全自主研发的卫星不仅是我国,更是世界上首颗量子科学实验卫星,其对未来量子通信技术的发展意义重大,是我国在全球量子通信技术发展领域迈出的第一步。

守护国家安全

技术改变生活

量子科学实验卫星的发射很重要,对建立全球性通信网络,构建“量子互联网”至关重要。此次卫星的成功发射,肯定会带动一系列科学技术的发展,尤其是精密科学。

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