首席科学家潘建伟：“墨子号”量子科学实验卫星实验结果远远好于预期
今天，由我国完全自主研制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，正式交付用户单位中国科学技术大学使用。
“我原本想能够完成星地高速量子密钥分发的实验，就算是圆满成功，没想到实验数据提高了一个数量级，今年年底之前或可完成所有任务。”量子科学实验卫星首席科学家、中国科学技术大学副校长潘建伟院士在交付仪式上透露。
兴隆站跟踪“墨子号”量子科学实验卫星的实景拍摄
“我们想实现一个更有雄心的目标”
“墨子号”的一个主要科学目的是通过卫星和地面站之间的量子密钥分发，实现星地量子保密通信。潘建伟介绍，原本这一实验要求星地量子密钥分发速率要大于1kbps，结果发现“墨子号”可以在千公里外的外太空以10kbps的速率给地面站分发量子密钥，比地面同距离光纤量子通信水平提高了15个数量级以上。实验中，星地量子密钥速率甚至达到过14kbps，远远超过实验预期。该项技术突破不仅使得我国具备了对光纤无法覆盖的地区——如我国的南海诸岛、驻外使领馆、远洋舰艇等——直接提供高安全等级量子通信保障的能力，并为我国未来构建天地一体化量子保密通信网络提供了可靠的技术支撑。
“基于这些实验数据，我们想实现一个更有雄心的目标，原来是用卫星做中继，能否直接在两个地面站之间进行量子密钥分发呢？这是我们的一个终极追求目标，我们很有信心。”潘建伟说，由于原定两年的实验几个月内就可完成，因此团队已经开始酝酿新的实验。
人类得以在空间开展量子科学实验
“如果现在想从北京到上海做量子通信，每300年才能送一个密钥，因为量子通信信号在光纤里传输100公里之后，99%的信号都损耗掉了。但是上天之后，通过量子卫星则可以传播几百K的密钥。” 潘建伟介绍，这是“墨子号”的另一个前沿科学目标。
在做星地双向纠缠分发实验时，当时定位只是一个探索目标，因此实验要求“积累纠缠分发符合计数总量大于200，纠缠分发偏振对比度大于5:1”，实验结果却提高到了20倍左右。通过“墨子号”的星地纠缠分发，使得相距1200公里以上的两个地面站之间以1对/秒的速度建立起了量子纠缠，这使得人类具有了在空间尺度开展量子科学实验的能力，并为未来在外太空开展广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验做好坚实的技术准备，是我国在基础物理学领域对世界的又一重要贡献。
建立天地一体化量子通信实验测试平台
“原本我们担心太阳蓄电池不够电，所以卫星每绕地球三圈，我们在地面观测站只做两次实验，后来发现太阳电池阵进入光照期只需15分钟即可完成恒流充电，现在只要看见卫星就能做实验。”量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇研究员介绍，去年8月16日发射升空的“墨子号”已经在世界上首次建立了天地一体化量子通信实验测试平台，具备了开展空间量子科学实验的条件。
“墨子号”在轨测试阶段全面完成了卫星平台测试、有效载荷自测试和天地一体化链路测试，卫星平台和有效载荷工作一切正常，系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度均超过系统指标要求，可以满足空间量子科学实验的要求。
部分在轨测试科研人员与过境的“墨子号”合影
“实验数据是对质疑的很好回应”
“最近一段时间没有再听到对于量子通信的质疑声音，有的人担心我们做不成实验，不过今天公开的这些实验数据应该算是一个很好的回应。”潘建伟在回答本报记者提问时说，他一直都欢迎基于科学实验的严肃质疑。
潘建伟介绍，量子通信的基本原理有两条：一是量子信息的传播媒介单光子不可分割；二是未知的光子状态不可复制。“有的人是完全否认量子科学理论，不过现在量子理论的科学性已经建立起来，尽管我们还不知道量子纠缠为什么会发生，但我们的实验验证了量子纠缠确实存在，就在不久前我们团队在国际上首次成功实现了十光子纠缠。”潘建伟说。(作者:黄海华)
【来源】上海观察