我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將于今年8月中下旬擇機(jī)發(fā)射，將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系。

　　中國(guó)科學(xué)院傳來的消息稱，我國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星已經(jīng)運(yùn)抵酒泉，將于8月中下旬擇機(jī)發(fā)射。

　　量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉曾指出，我國(guó)量子通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用將分三步走：一是通過光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)；二是通過量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡(luò)；三是通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。此次量子通信衛(wèi)星的發(fā)射正是走完第三步的重要開端，屆時(shí)，我國(guó)將成為世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國(guó)家，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與實(shí)驗(yàn)體系，在世界上率先實(shí)現(xiàn)全球化的量子保密通信。

　　對(duì)于量子通信未來商業(yè)化的前景，有機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，量子通信市場(chǎng)規(guī)模最終將在1000億元以上，發(fā)展前景廣闊。

　　星地量子通信的由來

　　由于量子態(tài)的傳輸損耗和退相干效應(yīng)隨距離呈指數(shù)增長(zhǎng)，真正意義上的量子通信廣域組網(wǎng)必須借助量子中繼技術(shù)?，F(xiàn)階段量子態(tài)的控制存儲(chǔ)和糾纏純化等技術(shù)尚不成熟，量子中繼短期內(nèi)難以突破。

　　星地量子通信通過發(fā)射近地空間量子衛(wèi)星，在星地之間進(jìn)行量子糾纏對(duì)分發(fā)或量子密鑰傳輸，能夠?yàn)閺V域量子通信提供量子糾纏源和密鑰中繼，成為下一階段廣域量子通信組網(wǎng)的可行技術(shù)方案。星地量子通信不受地形地貌限制，具有覆蓋面廣、機(jī)動(dòng)性好、生存能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)外層空間傳輸損耗和退相干效應(yīng)很小，能夠顯著拓展量子密鑰分發(fā)的組網(wǎng)距離。因此，在目前量子中繼尚不成熟的條件下，星地量子通信成為廣域組網(wǎng)的最佳候選方案。

　　事實(shí)上，在前期大量自由空間量子通信研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，世界各國(guó)都正在準(zhǔn)備或已經(jīng)開展了星地量子通信計(jì)劃，其中包括美國(guó)NASA的PhoneSat計(jì)劃，奧地利研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合歐空局開展的“Space-QUEST”實(shí)驗(yàn)計(jì)劃等。

　　2013年，中科院設(shè)立了戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”計(jì)劃，由中科大、中科院多家院所和航天八院共同攻關(guān)，計(jì)劃通過發(fā)射全球首顆量子通信實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，初步構(gòu)建我國(guó)廣域量子通信體系。根據(jù)中科院人士的介紹，這顆衛(wèi)星質(zhì)量約640千克，將由火箭發(fā)射至高度為500公里的預(yù)定軌道。該衛(wèi)星包括4個(gè)有效載荷：量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī)、量子糾纏源、量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)，可與地面上相距千公里量級(jí)的兩處光學(xué)站同時(shí)建立量子光鏈路。

　　遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)膲?mèng)想

　　在中科院國(guó)有資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)有限責(zé)任公司旗下國(guó)科量子通信網(wǎng)絡(luò)公司沈曉豐的名片上，寫著這樣一句話：“用量子技術(shù)保護(hù)每一個(gè)比特。”這無疑是對(duì)量子通信安全特性最直接、最生動(dòng)的描述。

　　量子是物質(zhì)和能量的最小單元，每個(gè)量子都不可分割、不可復(fù)制，量子狀態(tài)不可測(cè)量。也正是因?yàn)檫@個(gè)特性，決定了通過量子通信傳輸?shù)男畔⒉粫?huì)被竊聽，不會(huì)被破解，也從原理上確保了量子通信傳輸?shù)纳矸菡J(rèn)證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等內(nèi)容的無條件安全，從根本上永久性解決信息安全問題。

　　8月8日，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡(jiǎn)稱《規(guī)劃》）?！兑?guī)劃》在介紹我國(guó)“十二五”以來所取得的重大創(chuàng)新成果時(shí)，特別提到了量子通信，同時(shí)在部署啟動(dòng)“十三五”時(shí)期的重大科技項(xiàng)目中，同樣將量子通信與量子計(jì)算列入其中。由此不難看出，量子通信在我國(guó)科技創(chuàng)新戰(zhàn)略中具有極其重要的地位。

　　事實(shí)上，我國(guó)之所以今天能夠在量子通信領(lǐng)域躋身世界前列，與國(guó)內(nèi)十多年來量子科技研究的積累密不可分。

　　2004年，中國(guó)科技大學(xué)的潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了五光子糾纏和終端開放的量子態(tài)隱形傳輸，這一成果被《自然》雜志發(fā)表。2007年，潘建偉團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了安全通信距離超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā)，2009年實(shí)現(xiàn)了國(guó)際上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，2012年建成首個(gè)規(guī)?；孔油ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。

　　過去十余年間，潘建偉團(tuán)隊(duì)的成果曾6次入選英國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的年度國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展，5次入選美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的年度國(guó)際物理學(xué)重大進(jìn)展，9次入選兩院院士評(píng)選的中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞，1次入選美國(guó)《科學(xué)》雜志“年度十大科技進(jìn)展”，1次入選英國(guó)《自然》雜志“年度十大科技亮點(diǎn)”，1次高居英國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)選的國(guó)際物理學(xué)十大突破榜首。

　　今年1月8日，潘建偉院士團(tuán)隊(duì)的“多光子糾纏及干涉度量”項(xiàng)目獲得2015年國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

　　英國(guó)《自然》雜志在長(zhǎng)篇新聞特稿中表示：“在量子通信領(lǐng)域，中國(guó)用了不到10年的時(shí)間，由一個(gè)不起眼的國(guó)家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅，將領(lǐng)先于歐美。”這雖是溢美之辭，但卻所言不虛。據(jù)悉，在量子通信衛(wèi)星發(fā)射后，量子通信“滬杭干線”可能將于9月開通，它是全球第一條量子保密通信商用干線；而“京滬干線”預(yù)計(jì)在年底開通。

　　“京滬干線”是全球首個(gè)開工的遠(yuǎn)距離量子骨干線路。它的目標(biāo)是建成連接北京、上海，貫穿濟(jì)南、合肥等地長(zhǎng)達(dá)2000多公里的量子保密通信骨干線路，實(shí)現(xiàn)多地城域網(wǎng)絡(luò)的接入，驗(yàn)證大尺度量子保密通信技術(shù)的同時(shí)開展應(yīng)用研究和應(yīng)用示范。為此，英國(guó)《自然》雜志在報(bào)道稱，“網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域應(yīng)用量子物理向著實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)安全傳輸這一夢(mèng)想更靠近了一步”。

　　中國(guó)走在世界前列

　　目前，我國(guó)已建成的城域量子通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)量和長(zhǎng)度均全球領(lǐng)先，中國(guó)不管是技術(shù)還是在產(chǎn)業(yè)化上都走在了世界前列。隨著相關(guān)技術(shù)研究的深入以及量子通信商業(yè)化的展開，量子通信產(chǎn)業(yè)有望成為全球市場(chǎng)規(guī)模過千億級(jí)別的行業(yè)。

　　據(jù)了解，量子通信將率先在專網(wǎng)通信領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用，在數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，主要客戶為特別重視信息安全的政府、軍隊(duì)和包括銀行在內(nèi)的金融機(jī)構(gòu)。未來量子通信也將逐漸實(shí)現(xiàn)在公網(wǎng)和云安全等領(lǐng)域的運(yùn)用。而在未來3～5年，量子通信的市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到100億～130億元。以專網(wǎng)領(lǐng)域?yàn)槔?013年，我國(guó)專網(wǎng)通信市場(chǎng)規(guī)模為68億元左右，預(yù)計(jì)2017年將達(dá)169億元，其中量子通信在專網(wǎng)領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模為35億～45億元，在公網(wǎng)領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模為50億～60億元，在云安全領(lǐng)域和其他特殊領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模分別為10億元、10億～20億元。

　　市場(chǎng)人士預(yù)計(jì)，2019年前后，量子通信將會(huì)拓寬服務(wù)模式，向全社會(huì)的網(wǎng)上轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為延伸。運(yùn)營(yíng)商開始主導(dǎo)全國(guó)性的組網(wǎng)建設(shè)，量子通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)建立，到2023年，全國(guó)性的量子通信網(wǎng)絡(luò)有望建成。而從長(zhǎng)期看，量子通信很有可能成為人們網(wǎng)絡(luò)通信的必經(jīng)通道。量子通信模塊被集成在各類通信終端中，成為信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施。

　　未來，我國(guó)還將陸續(xù)發(fā)射衛(wèi)星，建成全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國(guó)家。按照規(guī)劃，到2020年，中國(guó)將實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，屆時(shí)聯(lián)接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。到2030年左右，中國(guó)將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。