量子通訊衛(wèi)星是一種傳輸高效的通信衛(wèi)星，徹底杜絕間諜竊聽及破解的保密通信技術，抗衡外國的網絡攻擊與防御能力。
量子信號從地面上發(fā)射并穿透大氣層———衛(wèi)星接收到量子信號并按需要將其轉發(fā)到另一特定衛(wèi)星———量子信號從該特定衛(wèi)星上再次穿透大氣層到達地球某個角落的指定接收地點。
量子科學實驗衛(wèi)星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星之一，其主要科學目標是借助衛(wèi)星平臺，進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；在空間尺度進行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。
2016年8月，中國科學家將發(fā)射世界首顆“量子衛(wèi)星”，這有朝一日或許有助于建立一個極其安全的全球通信網絡。全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星被正式命名為“量子科學實驗衛(wèi)星”。
2016年8月16日01時40分，由中國科學技術大學主導研制的世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心（主要承擔運載火箭和量子科學實驗衛(wèi)星的測試、發(fā)射任務，并提供地面技術支持與勤務保障）用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射升空。“墨子號”是中科院空間科學先導專項中首批確定立項研制的4顆科學實驗衛(wèi)星之一，它的成功發(fā)射和在軌運行，不僅將助力于我國廣域量子通信網絡的構建，服務于國家信息安全，還將開展對量子力學基本問題的空間尺度實驗檢驗，加深人類對量子力學自身的理解。
名稱來源
命名緣由于墨子在《墨經》中提出的“光學八條”，墨家邏輯是全球三大古老邏輯體系之一，而邏輯體系是科學的基礎，墨子在兩千多年前就發(fā)現了光線沿直線傳播，并設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。
發(fā)射的全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星被命名為“墨子號”，以“墨子號”命名以紀念墨子。
通訊優(yōu)勢
由于量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能夠在技術上實現糾纏光子再穿透整個大氣層后仍然存活并保持其糾纏特性，配合星載平臺技術和光束精確定位技術，人們就可以在衛(wèi)星的幫助下實現全球化的量子通信。
此次發(fā)射的量子科學實驗衛(wèi)星完全由我國自主研發(fā)，突破了衛(wèi)星平臺、有效載荷、地面光學收發(fā)站等一系列關鍵技術，將在軌開展量子密鑰分發(fā)、廣域量子密鑰網絡、量子糾纏分發(fā)、量子隱形傳態(tài)、星地高速相干激光通信等科學實驗。
量子通訊
2003年，潘建偉研究小組開始研究自由空間量子通信，他們在實驗點制備出成對的糾纏光子，再利用兩個專門設計加工的發(fā)射望遠鏡將容易發(fā)散的細小光束“增肥”后向東西相距13公里的兩個實驗站送出，兩個接收端用同樣型號的望遠鏡收集。
經過研究人員的種種努力，在如此遠距離的傳送中，雖有許多糾纏光子衰減，但仍有相當比例的“夫妻對”能存活下來并有旺盛的生命力，經單光子探測器檢測，分居東西兩地的光子“夫妻對”即使相距遙遠仍能保持相互糾纏狀態(tài)，攜帶信息的數量和質量能完全滿足基于衛(wèi)星的全球化量子通信要求。
在此基礎上，研究小組進一步利用分發(fā)的糾纏光源進行絕對安全的量子保密通信。13公里不僅是目前國際上自由空間糾纏光子分發(fā)的最遠距離，也是目前國際上沒有竊聽漏洞量子密鑰分發(fā)的最大距離。
2012年8月11日，我國科學家潘建偉等人近期在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)，為發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”奠定技術基礎。國際權威學術期刊《自然》雜志8月9日重點介紹了該成果。
首發(fā)時間
中國科學技術大學教授、中國科學院院士、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新主任潘建偉說，中科院“量子科學實驗衛(wèi)星”當時預計是2016年7月發(fā)射，這既是中國首個、也是世界首個量子科學實驗衛(wèi)星。
該衛(wèi)星的發(fā)射將使中國在國際上率先實現高速星地量子通信，連接地面光纖量子通信網絡，初步構建量子通信網絡。“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網工程于2016年下半年交付。
這一工程將構建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網絡，建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示范平臺。
2016年8月英媒稱，中國科學家將發(fā)射世界首顆“量子科學實驗衛(wèi)星”，這有朝一日或許有助于建立一個極其安全的全球通信網絡。
英國《每日郵報》網站8月3日報道，這個重達1300磅（約合590千克）的航天器中，含有一塊能夠產生糾纏光子對的晶體，這些光子對將被發(fā)射到中國和奧地利的地面衛(wèi)星接收站中，從而形成一個“密鑰”。
據英國《自然》雜志報道，該衛(wèi)星計劃于2019年8月晚些時候在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心進行發(fā)射。如果這一為期兩年的研究任務的初期實驗能夠獲得成功，那么可能很快就會再發(fā)射多顆衛(wèi)星。
研究人員正在努力證明粒子即使相距極遠——該研究的實驗距離約為750英里（約合1200公里）——也能保持糾纏。
此前為證明量子通信所做的研究顯示，這一距離最長為180英里出頭。現在科學家們希望，太空中的光子傳播能夠將這一距離變得更長。
《自然》雜志解釋道，通過空氣和光纖時，光子會被分散或吸收，這給脆弱的量子態(tài)的保持帶來了挑戰(zhàn)。但光子在太空中的傳播卻更平順。
實現此等距離的量子通信將使建立安全的全球通信網絡成為可能，通信雙方能夠使用一個共享的密鑰進行交流。
在量子物理學中，糾纏粒子即使相隔極遠，也會保持相互連接。因此，其中一個粒子的動作會影響另一個粒子的行為。如果某個人試圖在一端竊聽，那么另一端就能檢測到這種通信干擾。
該研究任務為期兩年。在此期間，中國研究人員將進行貝爾測試，以證明在這樣一種超遠距離下，糾纏依然存在。
此外，據英國《自然》周刊報道，中國人還將嘗試“隱形傳送”量子態(tài)，即在一個新位置重建某個光子的量子態(tài)。
中國的這項實驗將嘗試創(chuàng)造出一種高效可靠的量子隱形傳態(tài)方法。研究人員說，實現了量子隱形傳態(tài)后，便能制造出一種分辨率極高的望遠鏡。
伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的物理學家保羅·奎亞特說：“你不僅能看到那些行星，理論上來說，還能看清木星衛(wèi)星上的車輛牌照。”奎亞特參與了美國航空航天局的項目。
這個中國航天器的首項任務便是將光子對發(fā)射到北京和維也納的地面接收站中，從而形成密鑰。但是，隨著研究工作的進行，這顆衛(wèi)星可能很快便會迎來其他衛(wèi)星的加入。
中國科學技術大學物理學家陸朝陽告訴《自然》周刊：“如果首顆衛(wèi)星表現不錯，中國肯定會發(fā)射更多。”若要創(chuàng)建一個連接全世界的通信網絡，大約需要部署20顆衛(wèi)星。
量子衛(wèi)星項目
2016年8月16日凌晨1時40分，我國科學家在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“量子科學實驗衛(wèi)星”發(fā)射升空，成功入軌運行。這使得我國成為世界上首個實現太空和地面之間量子通信的國家，同時也建成了我國天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。
“墨子號”是世界上首顆量子科學實驗衛(wèi)星。量子衛(wèi)星首席科學家、中科院院士潘建偉表示，之所以給它起名“量子科學實驗衛(wèi)星”，是因為墨子首先通過小孔成像實驗發(fā)現了光沿直線傳播，而且他也提出了某種意義上的“粒子論”。
據潘建偉院士介紹，量子通信的安全性基于量子物理基本原理，單光子的不可分割性和量子態(tài)的不可復制性保證了信息的不可竊聽和不可破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密以及數字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性地解決信息安全問題。
本次的量子科學實驗衛(wèi)星項目于2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛(wèi)星之一。其主要科學目標是進行星地高速量子密鑰分發(fā)實驗，并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；其次還希望在空間尺度上進行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗，以驗證量子力學理論。科研團隊進行了各種實驗，考驗超遠距離“移動瞄靶”能力，最終突破了星地光路對準等關鍵技術，通過平臺和載荷兩級控制的方式，對準精度可以達到普通衛(wèi)星的10倍。激光器-站的試驗，對一站模式有人做過，但一顆衛(wèi)星對準兩個地面站國際上還從來沒有過。墨子號在國際上也是首次實現這么高精度的跟蹤和地面站配合。
制造機構
量子衛(wèi)星工程由中國科學院國家空間科學中心抓總負責。中國科學技術大學負責科學目標的提出和科學應用系統(tǒng)的研制；中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院（上海微小衛(wèi)星工程中心）抓總研制衛(wèi)星系統(tǒng)，中國科學院上海技術物理研究所聯合中國科學技術大學研制有效載荷分系統(tǒng)；中國科學院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統(tǒng)研制、建設和運行，對地觀測與數字地球科學中心等單位參加。
常見誤區(qū)
量子科學實驗衛(wèi)星的信息保護措施是模擬量子糾纏的方式來保護信息，而不是超光速發(fā)送信息。以現在的發(fā)展水平來看，在月球上和地球對話還是有延遲的。
參考資料 >
中科院：世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星發(fā)射成功_國務院部門政務聯播_中國政府網.中國政府網.2021-09-06
外媒熱議中國成功發(fā)射世界首顆量子衛(wèi)星-新華網.新華網.2021-09-06