编者按：量子通信是当前科技界炙手可热的前沿课题之一，全国政协委员、中国科学技术大学常务副校长潘建伟院士近日表示，全球首颗量子科学实验卫星有望在7月发射，这也是继2015年首发暗物质粒子探测卫星“悟空”之后，我国空间科学卫星计划的又一重要环节，同时潘建伟院士还透露，2016年下半年，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网即将建成。届时，一个天地一体化的量子通信网络的雏形就形成了。展望量子通信前景，未来我国还将建设全球化的量子通信基础设施，形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统，构建基于量子通信安全保障的未来互联网，即“量子互联网”。

    全球首颗量子科学实验卫星有望7月发射

    今年夏天，暗物质粒子探测卫星“悟空”将可能迎来一位“小伙伴”。全国政协委员、中科院院士潘建伟透露，全球首颗量子科学实验卫星有望在7月发射，名字暂时保密。潘建伟说，在研制它时，最困难的环节是它的有效载荷，“攻克了许多技术难题才拿下”。

    如果该卫星成功运行，中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个广域量子通信体系。

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    潘建伟透露，该卫星已完成载荷正样产品、卫星平台正样产品研制、整星电测和热平衡试验，正在开展发射星集成测试、EMC测试、力学试验、磁测试等工作。简而言之，“就是卫星‘硬件’方面准备得差不多啦！”

    在科学应用系统方面，现在已完成兴隆、南山、德令哈量子通信地面站的验收测试。此外，德令哈量子通信地面站与卫星有效载荷初样鉴定件的对接实验，阿里量子隐形传态实验舱验收也已经完成了。

    卫星上天后，科学应用系统将在首席科学家的主持下，协调卫星和各大系统，实现预定科学目标。

    “量子科学实验卫星的发射，表明中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。”潘建伟说，“我希望它尽快走进每个人的生活，就像计算机曾经做到的一样，改变世界。”

    美国科幻电影《蚁人》海报。对于公众最好奇的问题：什么是量子？潘建伟拿好莱坞电影《蚁人》举例：电影中，主角斯科特为了拯救世界，把自己无限缩小，最后进入的就是“量子世界”。它是微观世界里一个不可分割的基本个体。比如光，就是由大量光量子组成的。

    量子通信“京沪干线”项目有望年底完成

    量子具有许多不同于宏观物理世界的奇妙特性，若能掌握这些特性，则有望实现对信息处理能力革命性的突破。因此，量子信息被认为是全球下一代通信和计算机技术的基础性和战略性研究。

    中国计划在2030年建成全球化的量子通信网络，因此在2011年启动了量子科学实验卫星的研制，2013年启动了光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目。

　　量子通信概念图

    “京沪干线”项目是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，中间还有合肥、济南等重要节点，全长2000余公里，属世界首例。它建成后将广泛用于金融、政务等领域信息的安全传输。潘建伟透露，这条“量子保密通信骨干线路”预计9月底完成全部应用系统交付，并开始全系统上线联调，年底完成项目总验收。

    截至目前，项目已建设完成15个中继机房、1554公里主干线路光缆勘查和改造。其中，北京城域量子网络已经完成了部署和测试验收，全天候24小时连续运行，系统稳定运行时间已超过5000小时。下一步将进行上海接入网的施工建设和主干线二期的建设工作。

    潘建伟说，如果说“京沪干线”像连接地面每个城市、每个信息传输点的“网”，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之“网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。    

    “无条件”安全的“量子互联网”有多牛？

    量子通信，指利用光子的量子状态加载并传输信息。“从原理上来说，量子通信是无条件安全的通信方式。”潘建伟说，“由于作为信息载体的单光子不可分割、量子状态不可克隆，可以实现抵御任何窃听的密钥分发，进而能保证用其加密的内容不可破译。”

    信息科技进一步发展面临着两大瓶颈，即计算能力瓶颈和信息安全瓶颈：一方面，随着半导体晶体管的尺寸接近纳米级，电子的运动不再遵守经典物理学规律，半导体晶体管将不再可靠，著名的“摩尔定律”终将失效；另一方面，芯片后门、光缆窃听、“棱镜门”等窃听与黑客攻击，以及超级计算机运算速度突破亿亿次每秒，使得信息面临着越来越严重的窃听和破译风险。“量子力学在百年来的发展过程中，已经为解决这些重大问题作好了准备。”潘建伟说。

    潘建伟、陆朝阳等不久前在国际上首次实现基于半导体量子点的高效率和高全同性的单光子源，综合性能达到国际最优，为实现基于固态体系的大规模光子纠缠和量子信息处理技术奠定了科学基础。

    潘建伟领导的科研团队，除了在量子通信科研方面取得了突破性进展之外，还着力在量子计算与模拟、量子精密测量方面展开攻关。

    量子计算利用量子态的叠加性质，可以实现计算能力的飞跃。比如，求解一个亿亿亿变量的方程组，利用亿亿次的天河二号需要100年。利用量子计算机则只需0.01秒。

    据介绍，这将为解决密码分析、气象预报、药物设计、金融分析等大规模计算难题提供全新的方案。量子模拟机则可视为解决某些特定问题的“专用”量子计算机，可有效揭示一些复杂物理系统的规律。

    “英国《自然》杂志在一篇文章中指出，在不久的将来，利用量子模拟揭示高温超导和高效氮固化等的机制，指导产业每年有望产生数百亿美元的直接经济效益，还可以为实现规模化的通用量子计算机奠定基础。”潘建伟说。

    他还表示，量子精密测量可以实现对重力、时间、位置等物理参数的超高灵敏度测量，大幅度提升导航、定位、资源勘探和医学检测等的准确性和精度。

    （文字来源：新华社）