微納量子衛星如何進一步加強量子保密通信的應用？解讀來了

量子科技是全球高科技領域競爭的焦點之一，也是事關國家安全和社會經濟高質量發展的戰略性領域。說到量子科技，很多人首先就會想到墨子號。2016年8月，全球首顆量子科學實驗衛星墨子號成功發射，並圓滿完成設定的科學目標，一舉奠定了我國在量子通信領域的領先地位。如今，在中國科學院量子創新研究院，科學家們正在進行微納量子衛星的進一步研究。相比墨子號，微納量子衛星將會如何進一步加強量子保密通信的應用？

微納量子衛星“濟南一號”

取得研究進展

中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長 潘建偉：去年的7月份我們成功地發射了世界首顆微納量子衛星。那麼經過去年7月份到現在將近一年的努力，最近我們通過實驗確信地證明了，這個微納衛星的成本只有墨子號的二十分之一，但是它也能夠很好地來進行星地的量子實驗。相關的科研成果我們會在不久的將來向全球的同行發佈。

墨子號取得的一系列科研成果要走向實際應用，至少還有兩個巨大的障礙需要克服。一是通過減重降低衛星發射成本，二是要克服白天太陽光的干擾，從只能晚上工作變成全天時。如今，微納量子衛星“濟南一號”已經跨越了第一個障礙。

中國科學技術大學副教授 李楊：我們是經過了大概三年左右的時間，然後研製了一顆大概是96公斤重的世界上第一顆量子微納衛星，這個衛星它跟我們以前的墨子號相比，它包括衛星的重量、載荷的重量都降低為原來的大概是1/6。

而要排除太陽光干擾卻有著常人難以想像的困難。量子通信以單光子為載體，單個光子能量微弱到相當於從地球去看月亮上劃燃的一根火柴。黑夜為捕獲單光子提供了有利的環境，到白天太陽光一照，衛星發射光子就湮滅其中，就像一滴雨水落入了大海。為此，潘建偉領銜的量子通信團隊，從每一個影響光子天地收發的因素著手，通過無數次實驗，讓每一個指標逐一達到技術要求。

科研團隊曆時一年多的調整、驗證，抗太陽干擾技術完成全部地面實驗，團隊成員們滿懷信心地等待下一顆衛星升空檢驗。

量子計算再獲新突破

除了通信，計算也是量子科技應用的一個重大領域。隨著大數據時代的到來，全球數據量呈指數級增長，對計算能力的需求巨大。目前全球科技界已紛紛把目光投向了量子計算，搶占技術製高點。就在幾天前，由中國科學院院士潘建偉領銜的科研團隊，將量子系統中真糾纏比特數目的紀錄由原先的24個大幅突破至51個。從24到51，這個數字的增長，究竟有著怎樣的特殊意義呢？

量子糾纏態製備的數目是顯示量子計算複雜度的一個重要指標。

中國科學技術大學教授 朱曉波：我們看過耍雜技的，他在天上扔飛盤，扔一個接一個這比較容易，扔兩個一起接就稍微難一點，扔三個就更難了。原來只能扔二十幾個，這已經相當相當難了，因為國際社會學術界為這個已經努力了很多很多年了。從2000年開始到我們這個成果發佈以前，最多也就做到24個，現在我們一下子可以接51個飛盤，而且都接得穩穩的。

在朱曉波眼裡，對量子比特的精度追求就是刀尖上的舞蹈，因為一個量子比特的能量僅有蝴蝶搧動一下翅膀所需要能量的十億億分之一，經不起任何擾動。

中國科學技術大學教授 朱曉波：一個電子翻轉一下，一個光子路過等，都是一個單粒子尺度的噪聲，就會使它的整個的系統崩潰掉。

而這一切的基礎離不開深刻理解每一個噪聲的來源，然後去規避其帶來的影響。只有基礎打得牢，量子計算的科技大廈才能建得穩。

潘建偉帶領的量子計算團隊希望通過五到十年的努力，能夠相干操縱數百個量子比特，用來構造一種專用的量子模擬機。針對一些複雜物理系統，諸如高溫超導機制、新材料設計等目前超級計算機算不了的問題，用量子模擬機來進行運算。在解決一些實際問題的同時，不僅要牢牢佔據量子計算的第一方陣，還要在某些領域成為領跑者。