科技日历|3年前,全球首颗量子卫星“墨子号”升空,突破与潜力备受瞩目

科技日历|3年前,全球首颗量子卫星“墨子号”升空,突破与潜力备受瞩目

量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

3年前的今天,2016年8月16日凌晨1时40分,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”。这意味着中国将成为世界上首个实现卫星和地面之间量子通信的国家,先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。

量子卫星2011年12月立项,是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。而首颗量子通信卫星以我国古代科学家墨子的名字来命名。墨子最早提出过光线沿直线传播的观点,进行了小孔成像实验。用他的名字命名以纪念他在早期物理光学方面的成就。

“墨子号”是全球第一颗量子科学实验卫星,如今已经圆满完成了千公里级的星地双向量子纠缠分发、星地量子密钥分发、地星量子隐形传态三大科学目标,并完成基于纠缠的星地量子密钥分发、洲际量子密钥分发与视频通话演示。

中国量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍,如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全。

“墨子号”成功发射后,极大地激起了公众对量子科技的浓厚兴趣。包括英国《自然》杂志、美国《科学》杂志、《科学美国人》、英国《新科学家》、《纽约时报》、英国广播公司(BBC)等众多国际知名学术和公共媒体都对“墨子号”进行了专题报道,美国国家航天局(NASA)也在其官网上对“墨子号”发射任务给出了详细的介绍。

此后2017年1月18日,世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试任务后,正式交付中国科学技术大学使用。

2017年6月16日,中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里量级的量子纠缠,这意味着量子通信向实用迈出一大步。

2017年8月12日,墨子号”取得最新成果——国际上首次成功实现千公里级的星地双向量子通信,为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础,至此,“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部三大科学目标。

2017年9月29日,世界首条量子保密通信干线“京沪干线”与“墨子号”科学实验卫星进行天地链路,我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。这标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网络雏形,为未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。

2018年1月,在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发,并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。

2019年1月31日,美国科学促进会宣布“墨子号”量子科学实验卫星科研团队被授予2018年度克利夫兰奖,以表彰该团队通过实现千公里级星地双向量子纠缠分发推动大尺度量子通信实验研究做出的贡献。

未来我国量子通信行业市场规模将超800亿

近年来,量子通信因其传输高效和绝对安全等特点,被认为是下一代通信和计算机技术的支撑性研究。由于量子不可分割、状态不可克隆的特性,将其作为信息载体便可以实现抵御任何窃听的密钥分发,进而保证传输内容的绝对安全。以此为核心研究内容的量子卫星通信,也已成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。

在量子通信的国际赛跑中,中国属于后来者。经过多年的努力,中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列,在城域量子通信技术方面也走在了世界前列。随着“量子卫星”“京沪干线”等重大项目的建设,我国量子通信技术已跻身全球领先地位。如今,奥、意、俄、日、加等国的科研机构正在或试图与我国合作,包括联合制订量子通信产业的国际标准。

据前瞻产业研究院发布的《中国量子通信行业市场前瞻与投资策略分析报告》统计数据显示,截止至2017年我国量子通信行业市场规模达到约180亿元。初步测算2018年我国量子通信行业市场规模将达到320亿元左右。预测2019年我国量子通信行业市场规模将达425亿元,并预测在2023年我国量子通信行业市场规模将超800亿元,达到805亿元左右,2019-2023年均复合增长率约为17.31%。

2018年以来,我国在量子通信技术领域不断突破新纪录。清华大学的研究团队首次实现了25个量子接口之间的量子纠缠,打破了先前加州理工学院研究组4个量子接口之间纠缠的纪录。中国科技大学的研究团队在国际上首次实现18个光量子比特的纠缠,刷新了所有物理体系中最大纠缠态制备的世界纪录。中国科技大学的研究人员还在量子通信研究中取得新进展,创造密集编码量子通信信道容量新纪录。

当然,量子通信行业有其自身的诸多短板,比如上游产业的弱势、实际应用中的通信保密性问题、配套技术成熟度不够、产业化进程较慢等等。也有观点对这一技术研发提出质疑。

2018年3月,政府工作报告肯定量子通信发展成果,将量子通信与载人航天、深海探测、大飞机并列为重大创新成果,认可量子通信行业地位和发展成果。量子通信技术在高端领域通信安全、信息存储、衍生新型网络架构等方面被寄予众望。

而且,得益于量子保密通信绝对安全性,量子通信不仅应用于百姓日常通信,也可用于水、电、煤气等能源供给和民生网络基础设施的通信保障,还可应用于国防、金融、商业等领域,势必对产业界和科技界产生巨大变革。