墨子号

墨子号量子科学实验卫星（简称墨子号），于2016年8月16日1时40分，在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。此次发射任务的圆满成功，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

墨子号
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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。

2017年1月18日，中国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。中国科学技术大学、中科院等单位相关领导在交付使用证书上签字 。

2019年1月31日，被授予2018年度克利夫兰奖。中国研究人员2019年2月14日在美国华盛顿说，“墨子号”量子科学实验卫星预计将超出预期寿命、继续工作至少2年以上，并展开更多国际合作。

中文名：墨子号

外文名：Quantum Experiments at Space Scale/QUESS

所属国家：中国

分 类：全球首颗量子科学实验卫星

发射地点：酒泉卫星发射中心

发射时间：2016年8月16日1时40分

重要意义：我国在世界上首次实现量子通信

交付单位：中国科学技术大学

技术先进城市：合肥市、北京市、济南市

目录

研发背景

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量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化。在城市里，通过光纤建构的城域量子网络通信已经开始尝试实际应用，我国在城域光纤量子通信方面已取得了国际领先的地位。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，建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。然而，这只是开始。

量子保密通信，能够从三个方面保障信息安全。第一，发送者和接收者之间的信息交互是安全的，不会被窃听或盗取。第二，“主仆”身份能够自动确认，只有主人才能够使唤“仆人”，而其他人无法指挥“仆人”。第三，一旦发送者和接收者之间的传递口令被恶意篡改，使用者会立刻知晓，从而重新发送和接收指令。

原来，用量子通信方式传递信息，传送的是光的最小能量单元。但这种最小的颗粒，不能再被分割，也不能复制。即使采用目前最先进的理想单光子探测器，在1000公里光纤中进行点对点量子通信，每300年也只能传输一个比特。后来，科学家意识到，真空里不会有光的损耗，想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。

2005年，潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验，证明光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持，从而验证了星地量子通信的可行性。近几年开展的一系列后续实验都为发射量子卫星奠定了技术基础。

“这样一来，通过发射卫星，去除干扰因素，就可以实现几千公里的量子通信。”潘建伟说，有了量子卫星，还可以在宏观距离上检验所谓的量子力学的非局域性，也就是“幽灵般的超距作用”。“看看在实验室里不断被重复检验的理论，放在太空是否还能实现。”

研发单位

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量子卫星工程由中科院国家空间科学中心总负责;中国科学技术大学负责科学目标的提出和科学应用系统的研制;中科院上海微小卫星创新研究院抓总研制卫星系统，中科院上海技术物理研究所联合中科大研制有效载荷分系统;中科院国家空间科学中心牵头负责地面支撑系统研制、建设和运行;对地观测与数字地球科学中心等单位参加。

研制历史

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。工程还建设了包括南山、德令哈、兴隆、丽江4个量子通信地面站和阿里量子隐形传态实验站在内的地面科学应用系统，与量子卫星共同构成天地一体化量子科学实验系统。

量子卫星首席科学家潘建伟院士介绍，我国自主研发的量子卫星突破了一系列关键技术，包括高精度跟瞄、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等。

2016年8月16日凌晨，被命名为“墨子号”的中国首颗量子科学实验卫星开启星际之旅。它承载着率先探索星地量子通信可能性的使命，并将首次在空间尺度验证量子理论的真实性。

量子通信系统的问世，点燃了建造“绝对安全”通信系统的希望。当前，量子通信的实用化和产业化已经成为各个大国争相追逐的目标。

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，建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。

然而，这只是开始。“在城市范围内，通过光纤构建城域量子通信网络是最佳方案。但要实现远距离甚至全球量子通信，仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。

他解释说，因为量子的信息携带者光子在光纤里传播一百公里之后大约只有1‰的信号可以到达最后的接收站，所以光纤量子通信达到百公里量级就很难再突破。但光子穿透整个大气层后却可以保留80%左右，再利用卫星的中转，就可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。

另外，诞生百年的量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验，但却从未在太空尺度验证过。量子理论的各种奇异现象在太空中是否还存在？量子纠缠和隐形传输是否可以延伸到星地之间？这些都需要卫星去验证。 2011年，中科院正式启动全球首颗“量子科学实验卫星”的研制，这既意味着中国科学家率先向星地量子通信发起挑战，更意味着中国或将领先欧美获得量子通信覆盖全球的能力。

主要任务

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首先，通过量子卫星实现卫星和地面的量子密钥分发，从而实现广域的量子保密通信。光纤传输的过程中信号损失相当严重，如果人类想实现远距离量子通信传输就必须建立多个安全可信的信号中继站，这无疑大大增加了信息泄露的几率。科学家经过研究发现，光在穿透大气层的过程中能量损失仅为百分之二十，利用空间中的量子卫星作为地面网络的中转站，可以将地面多个城市中建立起的城际量子通信网络连接起来，极大地提高量子通信的效率。

其次，“墨子号”还承担着对量子力学本身的基本原理进行检验的实验任务。量子纠缠态是量子力学中的一个经典现象，量子卫星把这个实验带到外层空间，将在国际上首次实现千公里量级的量子非定域性实验检验，对于人类加深对量子力学基础理论的认识具有重要意义。

第三，“墨子号”将连接中国和奥地利之间的量子通信网，以证明全球规模的量子通信网络设想是可行的。作为建设“天地一体化”通信网络的重要组成部分，“墨子号”量子卫星与普通卫星相比存在着巨大的差异。发射升空的量子卫星以及多个地面观测站，共同组成了前所未有的覆盖地面和空间的巨大实验网络。

命名来源

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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。

墨子最早通过小孔成像实验发现了光是直线传播的，第一次对光直线传播进行了科学解释——这在光学中是非常重要的一条原理，为量子通信的发展打下了一定的基础。墨子还提出了某种意义上的粒子论。光量子学实验卫星以中国科学家先贤墨子来命名，体现了中国的文化自信。

重要意义

我国成功发射了世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”,其背后所代表的意义,不仅是我国成全球第一个实现工卫星和地面之间通过量子通信的国家,也不仅是我国走在世界量子通讯最前沿的象征还有着更为重大的世界意义。

首先,“墨子”在建立量子通信网络方面有巨大的价值,它的任务是星地高速量子密钥分发实验进行广域量子密匙实验,以发展量子通信技术,构建广域乃至全球范围内绝对安全的量子通信网络体系。爱因斯坦曾经质疑量子力学理论的完备性,其中一个内容就是量子纠缠态,即在多粒子量子系统中,一对具有量子纠缠态的粒子,即使相隔极远,当其中一个状态改变时,另一个状态也会即刻发生应改变。在量子通信技术应用里面来看这一特性,那就是量子通信将会拥有很高的保密性以及不可值性。这对金融、军事、政治等领域都将产生不可估量的价值。

其次,量子力学的发展是科学到技术前进的一大步。美国麻省理工学院物理学教授Vladan Vule一段话能够很好的阐释:“我并不指望卫星实验能够教给我们任何我们尚不了解的量子力学和有关量奇特性质的知识。然而,量子科学实验卫星项目却有着非常重大的意义,它将会把科学转变为技术:果实验成功,它将有可能建立比经典物理学更强有力的地面系统与空间系统链接。然后,这种链接可在实际上用于安全的信息交流。因此,爱因斯坦用来反对量子物理学的比喻,最终成了一种交流工具这将是一个非常激动人心的进展。

最后,关于“量子”,量子卫星只是第一步,一小步,这将打开量子力学飞跃发展的开端。我国务院印发的《十三五国家科技创新规划》已经把部署量子通信和量子计算列为国家重点科技项目。而观世界,也已经有很多国家把“量子”作为一项重要研究对象。集结了世界各国的关注,想必在不久将来,“量子”这一科学理论将会被应用到社会的诸者多方面。

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