我國首顆量子科學實驗衛(wèi)星將于今年8月中下旬擇機發(fā)射，將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。

　　中國科學院傳來的消息稱，我國首顆量子科學實驗衛(wèi)星已經(jīng)運抵酒泉，將于8月中下旬擇機發(fā)射。

　　量子科學實驗衛(wèi)星項目首席科學家潘建偉曾指出，我國量子通信技術的實際應用將分三步走：一是通過光纖實現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡；二是通過量子中繼器實現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡；三是通過衛(wèi)星中轉實現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡。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，我國將成為世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國家，并結合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡，初步構建一個天地一體化的量子保密通信與實驗體系，在世界上率先實現(xiàn)全球化的量子保密通信。

　　對于量子通信未來商業(yè)化的前景，有機構預測，量子通信市場規(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隨距離呈指數(shù)增長，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。現(xiàn)階段量子態(tài)的控制存儲和糾纏純化等技術尚不成熟，量子中繼短期內難以突破。

　　星地量子通信通過發(fā)射近地空間量子衛(wèi)星，在星地之間進行量子糾纏對分發(fā)或量子密鑰傳輸，能夠為廣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)的可行技術方案。星地量子通信不受地形地貌限制，具有覆蓋面廣、機動性好、生存能力強的優(yōu)點，同時外層空間傳輸損耗和退相干效應很小，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。

　　事實上，在前期大量自由空間量子通信研究和實驗驗證的基礎上，世界各國都正在準備或已經(jīng)開展了星地量子通信計劃，其中包括美國NASA的PhoneSat計劃，奧地利研究機構聯(lián)合歐空局開展的“Space-QUEST”實驗計劃等。

　　2013年，中科院設立了戰(zhàn)略先導專項“量子科學實驗衛(wèi)星”計劃，由中科大、中科院多家院所和航天八院共同攻關，計劃通過發(fā)射全球首顆量子通信實驗衛(wèi)星，初步構建我國廣域量子通信體系。根據(jù)中科院人士的介紹，這顆衛(wèi)星質量約640千克，將由火箭發(fā)射至高度為500公里的預定軌道。該衛(wèi)星包括4個有效載荷：量子密鑰通信機、量子糾纏發(fā)射機、量子糾纏源、量子試驗控制與處理機，可與地面上相距千公里量級的兩處光學站同時建立量子光鏈路。

　　遠距離數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)膲粝?/strong>

　　在中科院國有資產(chǎn)經(jīng)營有限責任公司旗下國科量子通信網(wǎng)絡公司沈曉豐的名片上，寫著這樣一句話：“用量子技術保護每一個比特。”這無疑是對量子通信安全特性最直接、最生動的描述。

　　量子是物質和能量的最小單元，每個量子都不可分割、不可復制，量子狀態(tài)不可測量。也正是因為這個特性，決定了通過量子通信傳輸?shù)男畔⒉粫桓`聽，不會被破解，也從原理上確保了量子通信傳輸?shù)纳矸菡J證、傳輸加密以及數(shù)字簽名等內容的無條件安全，從根本上永久性解決信息安全問題。

　　8月8日，國務院印發(fā)了《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）。《規(guī)劃》在介紹我國“十二五”以來所取得的重大創(chuàng)新成果時，特別提到了量子通信，同時在部署啟動“十三五”時期的重大科技項目中，同樣將量子通信與量子計算列入其中。由此不難看出，量子通信在我國科技創(chuàng)新戰(zhàn)略中具有極其重要的地位。

　　事實上，我國之所以今天能夠在量子通信領域躋身世界前列，與國內十多年來量子科技研究的積累密不可分。

　　2004年，中國科技大學的潘建偉團隊在國際上首次實現(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，潘建偉團隊在國際上首次實現(xiàn)了安全通信距離超過100公里的光纖量子密鑰分發(fā)，2009年實現(xiàn)了國際上首個全通型量子通信網(wǎng)絡，2012年建成首個規(guī)模化量子通信網(wǎng)絡。

　　過去十余年間，潘建偉團隊的成果曾6次入選英國物理學會評選的年度國際物理學重大進展，5次入選美國物理學會評選的年度國際物理學重大進展，9次入選兩院院士評選的中國十大科技進展新聞，1次入選美國《科學》雜志“年度十大科技進展”，1次入選英國《自然》雜志“年度十大科技亮點”，1次高居英國物理學會評選的國際物理學十大突破榜首。

　　今年1月8日，潘建偉院士團隊的“多光子糾纏及干涉度量”項目獲得2015年國家自然科學一等獎。

　　英國《自然》雜志在長篇新聞特稿中表示：“在量子通信領域，中國用了不到10年的時間，由一個不起眼的國家發(fā)展成為現(xiàn)在的世界勁旅，將領先于歐美。”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”預計在年底開通。

　　“京滬干線”是全球首個開工的遠距離量子骨干線路。它的目標是建成連接北京、上海，貫穿濟南、合肥等地長達2000多公里的量子保密通信骨干線路，實現(xiàn)多地城域網(wǎng)絡的接入，驗證大尺度量子保密通信技術的同時開展應用研究和應用示范。為此，英國《自然》雜志在報道稱，“網(wǎng)絡安全領域應用量子物理向著實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)安全傳輸這一夢想更靠近了一步”。

　　中國走在世界前列

　　目前，我國已建成的城域量子通信網(wǎng)絡數(shù)量和長度均全球領先，中國不管是技術還是在產(chǎn)業(yè)化上都走在了世界前列。隨著相關技術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)有望成為全球市場規(guī)模過千億級別的行業(yè)。

　　據(jù)了解，量子通信將率先在專網(wǎng)通信領域實現(xiàn)應用，在數(shù)據(jù)傳輸和存儲領域發(fā)揮重要作用，主要客戶為特別重視信息安全的政府、軍隊和包括銀行在內的金融機構。未來量子通信也將逐漸實現(xiàn)在公網(wǎng)和云安全等領域的運用。而在未來3～5年，量子通信的市場規(guī)模有望達到100億～130億元。以專網(wǎng)領域為例，2013年，我國專網(wǎng)通信市場規(guī)模為68億元左右，預計2017年將達169億元，其中量子通信在專網(wǎng)領域的市場規(guī)模為35億～45億元，在公網(wǎng)領域的市場規(guī)模為50億～60億元，在云安全領域和其他特殊領域的市場規(guī)模分別為10億元、10億～20億元。

　　市場人士預計，2019年前后，量子通信將會拓寬服務模式，向全社會的網(wǎng)上轉款、支付等消費行為延伸。運營商開始主導全國性的組網(wǎng)建設，量子通信網(wǎng)絡標準將會建立，到2023年，全國性的量子通信網(wǎng)絡有望建成。而從長期看，量子通信很有可能成為人們網(wǎng)絡通信的必經(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)的基礎設施。

　　未來，我國還將陸續(xù)發(fā)射衛(wèi)星，建成全球第一個實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國家。按照規(guī)劃，到2020年，中國將實現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，屆時聯(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，中國將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡。