中新社酒泉8月16日電 8月16日01時(shí)40分，中國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭成功將全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星(簡(jiǎn)稱量子衛(wèi)星)發(fā)射升空。此次發(fā)射任務(wù)的圓滿成功，標(biāo)志著中國(guó)空間科學(xué)研究又邁出重要一步。

量子衛(wèi)星是中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)首批科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星之一，其主要科學(xué)目標(biāo)是借助衛(wèi)星平臺(tái)，進(jìn)行星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，以期在空間量子通信實(shí)用化方面取得重大突破；在空間尺度進(jìn)行量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，開(kāi)展空間尺度量子力學(xué)完備性檢驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)研究。

量子衛(wèi)星工程由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心抓總負(fù)責(zé)。中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)負(fù)責(zé)科學(xué)目標(biāo)的提出和科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的研制；中國(guó)科學(xué)院上海微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院(上海微小衛(wèi)星工程中心)抓總研制衛(wèi)星系統(tǒng)，中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所聯(lián)合中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制有效載荷分系統(tǒng)；中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心牽頭負(fù)責(zé)地面支撐系統(tǒng)研制、建設(shè)和運(yùn)行，對(duì)地觀測(cè)與數(shù)字地球科學(xué)中心等單位參加。

中國(guó)自主研發(fā)的量子衛(wèi)星突破了一系列高新技術(shù)，包括同時(shí)瞄準(zhǔn)兩個(gè)地面站的高精度星地光路對(duì)準(zhǔn)、星地偏振態(tài)保持與基矢校正、星載量子糾纏源等工程級(jí)關(guān)鍵技術(shù)等，衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命為兩年。量子衛(wèi)星的成功發(fā)射和在軌運(yùn)行，將有助于中國(guó)在量子通信技術(shù)實(shí)用化整體水平上保持和擴(kuò)大國(guó)際領(lǐng)先地位，實(shí)現(xiàn)國(guó)家信息安全和信息技術(shù)水平跨越式提升，有望推動(dòng)中國(guó)科學(xué)家在量子科學(xué)前沿領(lǐng)域取得重大突破，對(duì)于推動(dòng)中國(guó)空間科學(xué)衛(wèi)星系列可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

本次任務(wù)還搭載發(fā)射了中國(guó)科學(xué)院研制的稀薄大氣科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星和西班牙科學(xué)實(shí)驗(yàn)小衛(wèi)星。

長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭由中國(guó)航天科技集團(tuán)公司所屬上海航天技術(shù)研究院研制。此次發(fā)射是長(zhǎng)征系列運(yùn)載火箭的第234次飛行。

太空衛(wèi)星模擬資料圖

“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”工作示意圖。

工作人員調(diào)試超冷原子光晶格平臺(tái)的激光伺服系統(tǒng)。 新華社發(fā)

潘建偉院士演示實(shí)用化量子通信產(chǎn)品進(jìn)行遠(yuǎn)距離保密通話。新華社發(fā)

量子通信是什么？

量子世界中存在一種類似“心電感應(yīng)”的現(xiàn)象，即量子糾纏。就好比有些雙胞胎，雖然哥哥在北京，弟弟在上海，當(dāng)哥哥特別高興時(shí)，弟弟也會(huì)特別高興；而哥哥特別痛苦的時(shí)候，弟弟也會(huì)特別痛苦。

量子糾纏是指在微觀世界里，有共同來(lái)源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們相距多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)粒子狀態(tài)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化，即兩個(gè)或兩個(gè)以上的穩(wěn)定粒子間會(huì)有強(qiáng)的量子關(guān)聯(lián)，但為什么會(huì)這樣？科學(xué)家們直到今天還沒(méi)搞清楚。

實(shí)驗(yàn)已證明，具有糾纏態(tài)的兩個(gè)光量子無(wú)論相距多遠(yuǎn)，只要一個(gè)發(fā)生變化，另外一個(gè)也會(huì)瞬間發(fā)生變化。量子保密通信就是利用這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)的，即基于量子糾纏態(tài)的理論，通過(guò)量子密鑰傳輸和量子隱形傳態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

其過(guò)程如下：事先構(gòu)建一對(duì)具有糾纏態(tài)的光量子，將這對(duì)光量子分別放在通信雙方，把具有未知量子態(tài)的光量子與發(fā)送方的光量子進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量，則接收方的光量子瞬間變化為某種狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)與發(fā)送方的光量子變化后的狀態(tài)是對(duì)稱的，然后把聯(lián)合測(cè)量的信息通過(guò)經(jīng)典信道傳送給接收方，接收方根據(jù)接收到的信息對(duì)變化的光量子進(jìn)行幺正變換（相當(dāng)于逆轉(zhuǎn)變換），就可得到與發(fā)送方完全相同的未知量子態(tài)。

量子通信的關(guān)鍵要素是量子密鑰，用具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼。在傳遞信息的過(guò)程中，量子密鑰一旦被截獲，其自身狀態(tài)會(huì)立刻發(fā)生改變，截獲量子密鑰的人只能得到無(wú)效信息，而信息的合法接收者也能立刻察覺(jué)，直到一把新的密鑰安全無(wú)誤地被接收。

量子衛(wèi)星能做什么？

我國(guó)量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星質(zhì)量約640千克，由長(zhǎng)征-2D運(yùn)載火箭發(fā)射，運(yùn)行于500千米太陽(yáng)同步軌道，軌道傾角為97.37°，設(shè)計(jì)在軌運(yùn)行壽命2年?？茖W(xué)家已在相距300千米的地面成功進(jìn)行了量子糾纏實(shí)驗(yàn)，而量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將把這個(gè)實(shí)驗(yàn)帶到外層空間，連接中國(guó)和歐洲之間的量子通信網(wǎng)，旨在建立衛(wèi)星與地面遠(yuǎn)距離量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在國(guó)際上首次在空間大尺度下實(shí)現(xiàn)星地自由空間量子密鑰生成和分發(fā)，以及量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)等。

該衛(wèi)星的核心是一個(gè)能夠產(chǎn)生成對(duì)糾纏態(tài)光量子的晶體，無(wú)論它們分開(kāi)多遠(yuǎn)，其性質(zhì)仍然能糾纏在一起。其第一個(gè)任務(wù)是發(fā)送這些成對(duì)量子中的一方去往在北京和維也納的地面站，并使用它們來(lái)生成密鑰；第二個(gè)任務(wù)是證明這個(gè)糾纏可以存在于相隔上千米的粒子之間，因?yàn)榱孔永碚擃A(yù)測(cè)糾纏一直存在于任何距離；第三個(gè)任務(wù)是嘗試地面與衛(wèi)星之間量子隱形傳態(tài)，使用通過(guò)傳統(tǒng)方式傳輸來(lái)的糾纏光量子對(duì)及其所攜帶的信息，在一個(gè)新位置重建光子的量子狀態(tài)。