去年7月，我國將發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，并在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通訊，建立一個天地一體化的量子保密通訊與科學(xué)實驗體系。在這顆倍受關(guān)注的量子衛(wèi)星正式出廠評審的關(guān)鍵階段，經(jīng)過準許后，衛(wèi)視記者步入到衛(wèi)星生產(chǎn)廠房進行了獨家拍攝，下邊就跟著記者的鏡頭一上去瞧瞧。
在中科院的微小衛(wèi)星工程中心人類首次實現(xiàn)量子通訊，記者見到這顆世界首顆量子通信衛(wèi)星正在進行出廠前最后的加電測試，它的內(nèi)部最為核心的結(jié)構(gòu)分為兩層，下邊一層是衛(wèi)星平臺的一個控制系統(tǒng)，前面一層所搭載的就是量子衛(wèi)星所特有的四種有效荷載。
有效荷載，雖然就是指衛(wèi)星平臺所搭載的儀器和設(shè)備，直接決定著衛(wèi)星執(zhí)行特定任務(wù)的能力。量子科學(xué)實驗衛(wèi)星所搭載的四種有效荷載，分別是量子秘鑰通訊機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。
量子科學(xué)實驗衛(wèi)星總設(shè)計師朱振才：它的最明顯的一個特性，就是同時要對有效荷載，對兩個光學(xué)的地面站來實現(xiàn)對準，但是這個范圍是特別大的，就是在正負90度和75度的一個范圍內(nèi)來對準的。另外一個特性，就是光路之間，星上的一個光軸和地面的望遠鏡的光軸要嚴格對準，我們用的一個形象的比喻就是“針尖對麥芒”，這么這樣的一個精度，實際要求達到3.5個微弧度。
兩級控制星地光路“針尖對麥芒”
和普通衛(wèi)星不一樣的是，量子衛(wèi)星的各項實驗都須要天地互動來實現(xiàn)。只有達到低于普通衛(wèi)星十倍的對準精度，各項實驗?zāi)軌蝽樌归_。為了達到這一要求，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星采用平臺和有效荷載兩級控制的方法，除了對單個設(shè)備的精度要求十分之高，對于兩級系統(tǒng)的控制也非常復(fù)雜。
量子科學(xué)實驗衛(wèi)星總設(shè)計師朱振才：應(yīng)當(dāng)說沒有找到這樣的一些借鑒，我認為可以覺得說是國際上我們首次是實現(xiàn)的，還能控制兩個設(shè)備的運動，對兩個站進行跟蹤和實現(xiàn)光路對準這樣的技術(shù)。
量子科學(xué)實驗衛(wèi)星采用平臺和荷載一體化設(shè)計，盡管容積不大，重量也只有640公斤，但小小的衛(wèi)星上卻隨處可見我國科研人員的創(chuàng)新之舉。
在這顆量子衛(wèi)星上還有一顆十分重要的荷載，叫糾纏源，它只有機頂盒的大小，并且作用卻十分關(guān)鍵，由于它還能形成糾纏光，而這也是這顆衛(wèi)星在空中做各類量子實驗的一個源頭，平常實驗室里糾纏源的容積十分巨大，而且，研究人員除了把它做到了大型化，還通過一系列的創(chuàng)新讓它實現(xiàn)了滿足這些空間的環(huán)境要求，這在國際上是首次實現(xiàn)的。
作為中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項的第三顆科學(xué)衛(wèi)星，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在2011年即將立項。經(jīng)過三年研發(fā)，衛(wèi)星早已完成焊裝，正在進行出廠前的最后一輪加電測試。在通過出廠評審過后，量子衛(wèi)星將于明年6月轉(zhuǎn)運到蘭州衛(wèi)星發(fā)射中心，并將在7月?lián)駲C發(fā)射。
任務(wù)：舉辦量子保密通訊實驗
作為世界首顆正式發(fā)射的量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，它在空中到底要進行如何的科學(xué)實驗？又具有如何的意義呢？記者在坐落廣州閔行的中科院量子信息與量子科技前沿卓越創(chuàng)新中心，專訪到了量子科學(xué)實驗衛(wèi)星的首席科學(xué)家潘建偉教授。
量子科學(xué)實驗衛(wèi)星首席科學(xué)家、中科院教授潘建偉：這個衛(wèi)星主要是有三個任務(wù)，第一個任務(wù)主要是比較實用的，就稱作量子保密通訊，或則量子秘鑰分發(fā)，這個時侯我們會實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的一種安全的通信。
潘建偉介紹，傳統(tǒng)的通訊加密和傳輸安全都是依賴于復(fù)雜的算法，而且只要對方的估算能力足夠強悍，再復(fù)雜的保密算法都還能被破解，所以都不能否做到絕對安全。量子通訊能做到絕對安全，是由量子自身的特點所決定的。作為光的最小顆粒，單個的光量子在傳輸信息的時侯具有檢測不準、不可克隆等性質(zhì)，這種特點構(gòu)成了量子通訊安全的基石。
潘建偉：量子的保密通信的這些手段，原理上都是無條件安全的，哪怕估算能力再強，也是破解不了的，所以從這個角度上講，它就是一種革命性的東西。
對于普通的衛(wèi)星而言，只要順利升空就意味著起碼成功了一半。但對于量子衛(wèi)星來說，發(fā)射升空卻僅僅只是開始，衛(wèi)星在太空中與地面幾個光學(xué)實驗站的“互動”，才是這次量子衛(wèi)星實驗的重頭戲。
潘建偉：量子秘鑰分發(fā)比較簡單，就是相當(dāng)于，我在衛(wèi)星上，你在地面，我就給你發(fā)一連串的單光子出來，發(fā)到你手中，你能把訊號給解碼下來，這任務(wù)就完成了。4個光學(xué)地面站就可以來接收衛(wèi)星出來的訊號，那我們就可以進行量子通信，這么在衛(wèi)星的幫助之下，這4個地面站任何兩兩之間的地面站都可以實現(xiàn)一個安全的通信，我們就可以組網(wǎng)了。
目標：2030年全球組網(wǎng)
據(jù)了解，在首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星發(fā)射后，我國還將相繼發(fā)射多顆量子衛(wèi)星，力爭在2030年前后率先建成全球化的廣域量子保密通訊網(wǎng)路。
潘建偉：用這些小顆粒來傳輸信息的時侯，在光纖里面遺失得就很快，所以大約做了一百公里，做了兩百公里，如今我們剛才有個最好的結(jié)果能做到四百公里，想做再遠，你也做不下去了。并且，從天上往下送訊號的時侯，哪個是一個大氣層的寬度，大約只有相當(dāng)于水平大氣的就是八到十公里左右，這么這樣用衛(wèi)星送，送幾千公里都是極其容易的，80%的光是可以穿過大氣的，所以你要做全球化的量子通信的必須上天，能夠做這個全球化的廣域的量子通信。
舉辦空間量子糾纏隱型傳態(tài)實驗
不僅絕對安全外，量子還具有好多神秘的特點。通過這顆量子衛(wèi)星，科學(xué)家還將首次在太空進行量子糾纏分發(fā)和隱型傳態(tài)等多項科學(xué)實驗。
量子糾纏：“雙胞胎”的心靈感應(yīng)
“量子糾纏”，是指兩個粒子雖然朝相反的兩個方向飛去，假若其中一個粒子發(fā)生“左旋”，則另一個必將發(fā)生“右旋”。也就是說，兩個處于“糾纏態(tài)”的粒子，無論相隔多遠，同時檢測時就會“感知”對方的狀態(tài)，就好象胞胎具有個別心靈感應(yīng)一樣。在空間尺度來進行量子糾纏分發(fā)的實驗，也是量子衛(wèi)星的一個主要科學(xué)目標。
潘建偉:這個糾纏分發(fā)須要三個人，例如說我在衛(wèi)星上，之后還有你，還有你的朋友，之后我在天上把一個光子送到山東伊寧，一個送到山西的南山的你手中，之后大家兩個手中的光子看一看，大家發(fā)覺大家這兩個光子每次接收到訊號，它的狀態(tài)都是一模一樣的，我們就把這些現(xiàn)象，就稱作遙遠的點之間的奇特的互動。
隱型傳態(tài)：微觀粒子的“星際穿越”
經(jīng)過10多年研究攻關(guān)，潘建偉率領(lǐng)研究團隊今年在國際上首次實現(xiàn)了多自由度量子體系的隱型傳態(tài)，被稱為是近二六年來量子信息基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的一個巨大突破。借助去年7月正式發(fā)射升空的量子衛(wèi)星，潘建偉還將率領(lǐng)團隊繼續(xù)在空間尺度進行量子隱型傳態(tài)的實驗。
潘建偉：量子隱型傳態(tài)這個有點像就是懸疑小說《星際旅行》，或則也跟我們的西游記里面的孫悟空可以，就是頓時從這個地方到另外一個地方的這樣的一種操作，是十分先進的。
淺顯來講，量子隱型傳態(tài)就是將甲地的某一粒子的量子信息在乙地的另一粒子上還原下來，被傳輸?shù)奈矬w如同是進行了一場“星際穿越”。這一現(xiàn)象看似與人們的生活常識偏頗而馳人類首次實現(xiàn)量子通訊，但卻是嚴格遵守量子化學(xué)學(xué)規(guī)律演變得來。在空間尺度繼續(xù)進行量子隱型傳態(tài)的實驗，除了有助于破解好多懸而未決的世紀懸案，但是對于發(fā)展可擴充的量子估算和量子網(wǎng)路技術(shù)具有重要的實際意義。
潘建偉：隱型傳態(tài)就涉及到三個光子，一個光子送到哪個天上，一個光子留在地上，之后還有另外一個光子過來，你要把這個光子狀態(tài)送到天上，所以這個難度又進一步降低了，這個三個方向，對于上天都是我們中國的首次，也是世界的首次，就是我們?nèi)祟惖氖状危詮倪@個角度上講，國際上你們都還是十分期盼的。
量子：下一個科技拐點？
還有一個多月，這顆飽受矚目的量子科學(xué)實驗衛(wèi)星就將發(fā)射升空，多項量子實驗都將首次在空間尺度展開。這么，量子到底是哪些？研究量子有何作用？量子衛(wèi)星的發(fā)射到底對我們的生活能帶來什么改變呢？
量子是現(xiàn)代數(shù)學(xué)的重要概念，最早由法國化學(xué)學(xué)家普朗克在1900年提出。量子并不是一種粒子，而是指最小的、不可再分割的能量單位。諸如，“光的量子”就是光的基本單位，而延展出的量子熱學(xué)、量子光學(xué)等更成為當(dāng)前的國際熱點研究領(lǐng)域。
“棱鏡門”事件過后，通訊安全與通訊保密的重要性引起各國政府以及廣大公眾的普遍關(guān)注。在保密通訊領(lǐng)域，量子通訊是迄今為止惟一被嚴格證明“無條件安全”的通訊方法。通過量子通訊，人們可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問題。
據(jù)悉，量子估算還具有超級計算機望塵莫及的估算能力。隨著可操縱粒子數(shù)降低，量子估算的能力可以呈指數(shù)下降。預(yù)計在5年內(nèi)，可實現(xiàn)操縱50個粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力將超過目前最快的海珠二號超級計算機；通過10到15年時間，我國將有望實現(xiàn)操縱100個粒子的量子計算機，對特定問題的處理能力將達到目前全世界估算能力總和的100萬倍，可以為密碼剖析、氣象預(yù)報、石油鉆探、藥物設(shè)計等大規(guī)模估算困局提供解決方案。
正因這么，量子技術(shù)被稱為是下一個科技拐點，也被覺得是繼互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以后，最有可能引起軍事、經(jīng)濟、社會領(lǐng)域又一次重大革命的關(guān)鍵技術(shù)。（衛(wèi)視記者帥俊全）