中国科学家谋划用“墨子号”构建“量子星座”

中国第一颗量子卫星墨子号完成了高速星地量子密钥分配、量子纠缠分配和星地量子隐形传态实验三个科学目标，原定在两年内完成，不到一年。科学家们已经制定了一个后续扩展实验计划，以进一步探索量子通信技术的研究和应用，并计划发射几颗量子卫星，以建立一个全球量子通信网络。

中国科学院院士、量子卫星首席科学家潘建伟表示，下一步他的团队将与欧洲量子通信团队合作分发洲际量子密钥。目前，与奥地利格拉茨地面站的对接试验已经成功完成，量子密钥分配实验正在进行，洲际量子保密通信的条件将于8月底满足。

中国将与欧洲启动洲际量子密钥分发

潘建伟表示，中国、德国、意大利等国的洲际量子密钥分发合作也在规划之中。德国和意大利的地面站预计将在2017年底准备好进行相关实验。这表明“墨子”不仅能与中国设备接口，还能与世界其他国家的设备接口。

此外，科研团队还将努力实现量子通信与经典光通信相结合的安全信息传输，与有需要的用户对接，开展量子通信的实际应用。

潘剑伟说，目前世界量子密钥的分配是由墨子实现的，前提是墨子必须是可靠的，因为密钥是由墨子发送的。如果墨子泄露了钥匙，整个过程就不安全了。

他说，科研团队下一步将开展基于量子纠缠的远程量子密钥分发实验。一旦成功，它将最终实现所有密码学家梦寐以求的“圣杯”。他希望这项工作能在今年完成。

中国科学家的下一步将是基于纠缠的远程量子密钥分发(由中国科学院提供)

在长期规划中，中国科学家的目标是建立一个全球量子通信网络。

量子卫星工程副总裁兼卫星总指挥王建宇说，一颗低地球轨道卫星不能直接覆盖世界。目前，“墨子”在运输途中进行实验大约需要10分钟。如果卫星在10，000公里的轨道上，发送密钥的时间可能会持续几个小时。如果卫星在36000公里的轨道上，地球的三分之一可以随时看到卫星，这些地方可以随时保持保密通信。所以理论上有三颗高轨道卫星可以覆盖整个世界。

“所以墨子只是一个起点。从实际角度来看，有必要构建一个由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，并建立一个覆盖全球的量子通信网络。”王建宇说。

墨子推出量子密钥分发

然而，目前，“墨子”的量子密钥传输只能在阴影区进行，即没有阳光干扰的夜晚。“我们需要征服全天量子通信技术，并在更高衰减信道下获得量子通信能力。这是我们实现全球量子安全通信必须采取的下一步。”量子卫星科学应用系统总设计师兼卫星系统副总设计师彭承志说。

最近，像潘剑伟和彭承志这样的科学家在地面实验中取得了突破，并在白天首次在世界上长距离(53公里)成功地分发了*空间量子密钥。这一突破验证了在白天条件下卫星之间以及卫星与地球之间量子密钥分配的可行性，为未来建设基于量子卫星的卫星-地球和卫星间量子通信网络扫清了一个主要的技术障碍。

2016年11月28日，在河北省兴隆天文台，“墨子”量子科学实验卫星过境，研究人员正在做实验。(合成照片)。新华社记者金

“这证明卫星网络突破阴影区的限制是可行的。我们将在下一步进一步开展这方面的相关工作。”潘剑伟说道。

他说:“我们希望通过近10年的努力，最终能够建成一个完整的空地一体广域量子通信网络系统，广泛应用于国防、政务、金融、能源等领域，实现与经典通信网络的无缝连接，推动形成具有国际领先地位的战略性新兴产业和下一代国家信息安全生态系统。我们还希望进一步探索物理学的基本原理，如广义相对论和量子引力。”

“如果国家支持发射多颗量子通信卫星，有望在2030年前建立一个全球广域量子通信网络。”潘剑伟说道。