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[!--downpath--]相比于安東·蔡林格團隊，潘建偉團隊的進度更快，并逐漸實現了從并挪到小幅度領先的趕超。
2010年，潘建偉團隊成功實現當時世界上最遠距離的16公里量子隱型傳態，首次否認量子隱型傳態穿越大氣層的可行性，為未來基于衛星中繼的全球化量子通訊網奠定了可靠基礎。為了此次實驗，潘建偉團隊從2007年開始在上海古北口與湖南永清之間架設了一條歷時16公里的自由空間量子信道。
此后，潘建偉團隊在湖南湖地區新建實驗基地，舉辦驗證星地自由空間量子通訊可行性的地基實驗研究，從多個方面進行攻關，借以突破基于衛星平臺自由空間量子通訊的關鍵技術困局，并在2012年實現全球首個上百公里的自由空間量子隱型傳態和量子糾纏分發，對星地量子通訊可行性進行了全方位地面驗證。
在這場量子學革命的科學大賽中，多個“世界首次”“世界首個”均來自于由潘建偉領銜的“中國隊”：在國際上首次實現安全通訊距離超過100公里的光纖量子秘鑰分發、實現國際上首個全通型量子通訊網路、建成世界首個規模化量子通訊網路……“這標志著中國在量子通訊領域的崛起，從10年前不起眼的國家逐漸發展為現今的世界勁旅，將領先亞洲和北美。”國際權威刊物《自然》雜志曾這么哀嘆。
中國團隊的那些研究工作，證明了實現基于衛星的全球量子通訊網路和舉辦空間尺度量子力學基礎檢驗的可行性。
挑戰世界最高難度
2010年3月31日，我國國務院第105次常務大會審議通過了中國科大學“創新2020”規劃，要求中國科大學“組織施行戰略性先導科技專項，產生重大創新突破和集群優勢”。
2011年1月25日，中國科大學施行啟動首批“4+1”個戰略性先導科技專項太空物理實驗，其中就包括空間科學先導專項。空間科學先導專項第一批確定研制包括“墨子號”在內的四顆科學實驗衛星。另外三顆分別為暗物質偵測衛星“悟空”、我國首顆微重力科學實驗衛星“實踐十號”和硬X射線調制望遠鏡衛星“慧眼”。
“墨子號”量子科學實驗衛星與阿里量子隱型傳態實驗平臺構建天地鏈路（2016年12月9日攝，合成相片）。新華社記者金立旺攝
“工程師的任務是技術實現，要把科學家的夢想弄成現實。”量子衛星工程常務總工師兼衛星總指揮王建宇說，2011年量子科學實驗衛星“墨子號”項目即將立項后，更高難度的挑戰開始了。
量子科學實驗衛星是我國自主研制的星地量子通訊設備，突破了一系列高精尖技術，包括“針尖對麥芒”的星地光路對準，偏振光態保持與星地基矢校準，量子光源荷載等關鍵技術。
王建宇從2007年就開始參與量子衛星的研究工作。他是中國科大學北京分院的副校長、原中國科大學北京技術化學研究所主任，作為光學遙感系統專家，他的團隊與潘建偉團隊合作，在廣闊美麗的西藏河畔實現了百公里級自由空間量子通訊。
在2007年至2010年的關鍵技術攻關階段，研究團隊將量子秘鑰形成的地方放到坐落寧夏湖湖心島的海心山上，從中間向兩側分發。
那時，白天團隊成員們就睡在帳蓬里，同時還不能睡死，她們要弄死一批批有可能干擾設備的飛蟲。其中有位女研究生，從看到飛蟲就擔心，到后來弄成一邊做實驗一邊面不改色地把飛蟲一只只拍死的“殺手”。
“以前做衛星，多少能找到參考資料，但這個量子衛星的工作，屬國際首次，完全沒有參考。”王建宇覺得太空物理實驗，最困難的環節就是實現天地一體化移動。
按潘建偉等科學家的實驗設計要求，“墨子號”不僅是天上的那顆衛星，它還包括地面系統：1個中心——合肥量子科學實驗中心，4個站——南山、德令哈、興隆、麗江量子通訊地面站，1個平臺——阿里量子隱型傳態實驗平臺。衛星和地面站之間，要做到最高精度的瞄準和最靈敏的探測。
拉薩量子通訊地面站望遠鏡發射綠色信標光，“等待”“墨子號”過境（2016年12月22日攝）。新華社記者金立旺攝
光量子特別小，它是光的最小單位，必需要用極為靈敏的偵測器能夠偵測到；它的數目又特別多，“墨子號”衛星每秒能分發1億光量子；據悉，它還姿態萬千，能產生不同的量子編碼……
王建宇打了個比方：假如把光量子看成一個1元硬幣，星地實驗就相當于要在萬米高空飛行的客機上，不斷把上億個硬幣一個個投到地面上一個不斷旋轉的儲錢罐里（偏振光檢測的基矢在變化），這不但要求硬幣擊中儲錢罐（瞄準精度），并且要求硬幣確切射入罐子上修長的投幣口（偏振光保持）。
為了讓穿越大氣層后光量子的“針尖”仍能對上接收站的“麥芒”，王建宇團隊與潘建偉團隊一道，從2012年起開始進行了各類實驗：收發距離40公里的轉臺實驗，要與衛星繞地運行的角速率一致；30公里距離的車載高速運動實驗，要考驗超遠距離“移動瞄靶”能力；熱氣球浮空平臺實驗，在空地環境下模擬量子秘鑰分發……
如此困難的“針尖”對“麥芒”，其關鍵技術最終被一一擊潰，在十幾個研究所的幾百位科研人員的傾情投入下，衛星的初樣完成了。
建立首個星地量子通訊網
32年前，人類歷史上首次量子通訊在實驗室實現了，傳輸距離32分米。而今，中國人將這個距離擴充了1400多萬倍，實現了從地面到太空的多用戶通訊。
2016年8月16日1時40分，我國在蘭州衛星發射中心用長征二號丁運載湖人成功將世界首顆量子科學實驗衛星發射升空。新華社記者金立旺攝
2021年1月7日，國際頂尖學術刊物《自然》雜志上發表了題為《跨越4600公里的天地一體化量子通訊網路》的論文。中國科學技術學院宣布，中國科研團隊成功實現了跨越4600公里的星地量子秘鑰分發，標志著我國已建立出天地一體化廣域量子通訊網雛型。
20年磨一劍，中國在量子通訊域實現了從跟挪到領跑：量子保密通訊滬寧干線總長超過2000公里，是目前世界上最遠距離的基于可信中繼方案的量子安全秘鑰分發干線，該線路已于2017年9月末即將開通。“墨子號”量子科學實驗衛星于2016年8月在西昌衛星發射中心成功發射，完滿完成了預定的全部科學目標。
“墨子號”牽手“京滬干線”，中國科學技術學院科研人員潘建偉、陳宇翱、彭承志等與中國科大學北京技術化學研究所王建宇研究組、濟南量子技術研究院及中國有線電視網路有限公司合作，建立了全球首個星地量子通訊網。經過為期三年多的穩定性、安全性測試，該通訊網實現了跨越4600公里的多用戶量子秘鑰分發。
“要實現廣域量子通訊，就要解決光量子耗損、退相干等一系列技術困局，例如光量子數在光纖里每傳輸約15公里都會損失一半，200公里后只剩萬分之一。”潘建偉說，科研團隊在光學系統等方面發展了多項先進技術，化解了這種困局。
全球首個星地量子通訊網路，覆蓋我國四省三市32個節點，包括天津、濟南、合肥和重慶4個量子城域網，通過兩個衛星地面站與“墨子號”量子科學實驗衛星相連，總距離為4600公里，目前已接入金融、電力、政務等行業的150多家用戶。
目前，廣域量子通訊網路的雛型已基本產生，未來在此基礎上，可進一步促使量子通訊在金融、政務、國防、電子信息等領域的廣泛應用。
《自然》雜志審稿人對此評價道，這是月球上最大、最先進的量子秘鑰分發網路，是量子通訊“巨大的工程性成就”。星地量子通訊網的建成，為未來實現覆蓋全球的“量子網”奠定科技基礎，也為相對論、引力波等科學研究，提供了前所未有的“天地實驗室”。
親歷者說
潘建偉：給量子科學實驗衛星起名“墨子”是為彰顯我國科研自信
◎科技商報記者吳羊毫
2016年8月16日，“墨子號”量子科學實驗衛星在九泉衛星發射中心成功發射升空。
“現在看發射錄象覺得很輕松，但似乎在發射前30秒，我仍然手掌合十。雖然沒念阿彌陀佛，卻也在默念老天祈求，希望衛星能成功步入太空。”中國科學技術學院院長、中國科大學教授潘建偉追憶道。
中國科學技術學院供圖
潘建偉說，給這顆衛星取“墨子號”這個名子，是由于墨子是中國歷史上的第一位科圣。墨子生活在2400年前，他主張“兼愛、非攻”，也就是平等、博愛、反對戰爭。
“墨子在法家專著《墨經》里面講到‘端，體之無序而最后者也’。這個‘端’指的是小顆粒，是組成所有物質的最基本的單位。”潘建偉說，從這個含意上講，墨子是所有科學家上面最早提出原子概念雛型的人。與他同時期的意大利的科學家、哲學家德謨克利特也提出了相同的觀點。據悉，墨子在《墨經》里面還提出“止，以久也，無久之不止”。久是力的意思。這句話說的是一個物體之所以會停出來，主要由于遭到力的作用，假如說沒有阻力的話，一個物體的運動是永遠不會停止的。
“這與我們在小學學到的牛頓慣性定理是完全一樣的。不過，與墨子同時期的知名哲學家亞里士多德卻說，假若一個物體不遭到力的作用都會停出來。后來牛頓提出了慣性定理，否定了亞里士多德的觀點。”潘建偉說，早在2000多年前，我國就早已有一位偉大的科學家提出了特別基本的數學學概念。
“有種說法，中國人似乎不適宜做科研。我們當時取‘墨子號’這個名子，就是想告訴你們：中國人可以做好科研。”潘建偉說，起名“墨子”正是為彰顯我國的科研自信。
據悉，墨子還做了一項很重要的工作，其與光學研究有關。“現在我們都曉得光線是沿直線傳播的，但在古時侯人們并不清楚這個事情。怎樣通過一個實驗來證明光是順著直線傳播的呢？”潘建偉說，墨子在2000多年前就做過一個小孔成像實驗。他站在門外邊，在門上挖一個小孔，門上面有一面墻，結果發覺墻壁的影子是倒過來的。我們曉得光只有順著直線傳播就會有這些現象。我們將世界上首顆量子科學實驗衛星起名為“墨子號”，一方面是為了記念墨子在我國科學方面所做出的一些重大貢獻，同時也為了記念他在光學研究方面所取得的一些成就。
大事記
2006年
我國團隊實現了超過100公里的引誘態量子秘鑰分發實驗
2008年
我國首個3節點全通型量子保密電話網路在西安試驗成功
2016年8月
世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空
2017年9月
量子保密通訊“京滬干線”正式開通，并與“墨子號”成功對接，實現了洲際量子保密通訊,全球首個天地一體化的廣域量子通訊網路初具雛型
2020年2月
我國科研團隊實現了500公里量級真實環境光纖的雙場量子秘鑰分發和相位匹配量子秘鑰分發
2020年6月
“墨子號”量子科學實驗衛星在國際上首次實現千公里級基于糾纏的量子秘鑰分發
2021年1月
我國宣布建成跨越4600公里的天地一體化量子通訊網路