研究团队成员王建宇教授细数了“墨子号”卫星的种种难关：“举个例子，要从1000公里的高度把一个个光子发射到地面站，这就好比在万米高空高速飞行的飞机上，同时向地面两个旋转的投币口细长的储蓄罐扔进一个个硬币。储蓄罐的投币口是细长的，相当于光的偏振，它是有方向的，硬币要把方向对好才能扔进去，而且不是扔一个，要两边同时都扔准才行。”
王建宇说，他们做过一个计算，一根火柴划一下大概有1017个光子，而卫星地面站的探测能力，相当于在地球上的人不用任何仪器，要发现在月亮上有人划了一根火柴。“此外，还要在每秒一亿个光子里面，搞明白我们探测到的是第几个光子，这些光子都是排好队的，抓一个就要知道它是第几个，这样才能用来做密钥。而这对于量子通信的诸多难题而言，只是非常简单的一个小细节。”王建宇说。
抢占量子科技创新制高点
“量子通信”是利用量子比特作为信息载体来传输信息的通信技术，可在确保信息安全、增大信息传输容量等方面突破经典信息技术的极限。量子通信有两种最典型的应用，一种是量子密钥分发，另一种是量子隐形传态。量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明原理上无条件安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全传输问题。
▲资料图片：2017年6月15日，在乌鲁木齐南山观测站，“墨子号”量子科学实验卫星过境，科研人员在做实验（合成照片）。新华社记者 金立旺 摄
这听上去“玄而又玄”的“黑科技”正影响改变着我们的现在和未来——我国科学家自主研制的量子通信装备，已经为60周年国庆阅兵、党的“十八大”“十九大”、纪念抗战胜利70周年阅兵等国家重要政治活动提供了信息安全保障。中国银监会银行业监管信息报送、中国人民银行人民币跨境收付信息管理系统、中国工商银行网上银行数据异地灾备系统、阿里巴巴商业数据加密传输等等，用的都是量子保密通信技术。
▲资料图片：地星量子隐形传态实验，2017年4月拍摄于西藏阿里。（中科院供图）
2018年1月21日，“2017科技盛典”颁奖典礼在央视演播大厅隆重举行。潘建伟领衔的“天地一体化广域量子通信技术研究团队”入选年度科技创新团队。中国科学院院长白春礼为该团队颁奖。
经过长达10余年的协同攻关，该研究团队取得了天地一体化广域量子通信技术的重大突破。他们自主研制了世界上首颗量子科学实验卫星“墨子号”，在国际上率先实现千公里级的星地量子通信，圆满实现全部既定科学目标；国家量子保密通信“京沪干线”通过总技术验收，使得我国的量子通信研究水平全面处于国际领先地位。结合“京沪干线”与“墨子号”的天地链路，中国和奥地利之间在国际上首次成功实现了距离达7600公里的洲际量子密钥分发，标志着天地一体化广域量子通信网络雏形已经形成。
正如白春礼所言，“墨子号”开启了全球化量子通信、空间量子物理学和量子引力实验检验的大门，为中国在国际上抢占了量子科技创新制高点，成为国际同行的标杆，实现了“领跑者”的转变。
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