我第一次见到潘建伟院士是在2011年，在南开大学举办的陈省身先生100周年诞辰纪念会上，他做了一个关于量子通信项目研究的演讲。我知道，量子通信一直是他多年来的研究重点，在这个领域中，潘建伟和他的导师，维也纳大学的物理学家安东·蔡林格（Anton Zeilinger）一直走在世界前列，这对师徒可谓既是合作伙伴又是竞争对手。在那次演讲中，潘建伟也提到了利用卫星进行量子通信试验的设想。

2016年8月16日凌晨1:40，量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉由长征二号丁运载火箭送上太空

几年时间过去，世界上第一颗用于量子通信和量子力学研究的“量子科学实验卫星”（简称QSS或QUESS）成为现实。在2016年8月16日凌晨1：40，这颗被命名为“墨子”的低轨人造卫星在酒泉由长征二号丁运载火箭送上了太空。这颗由中国科学技术大学和中国科学院上海技术物理研究所共同研制的重达620公斤的人造卫星目前已经到达了距离地面600公里的太阳同步轨道，大约90分钟绕行地球一圈。按照计划经过3个月左右的在轨测试之后，它将进入工作状态。

量子科学实验卫星不仅将与地面上中国境内的青海观测站，新疆南山观测站，兴隆观测站，丽江观测站和阿里观测站等五个天文台进行光学通信，还将在北京和维也纳之间联络，按计划进行进行星地高速量子密钥分发，在此基础上还将进行广域量子密钥网络实验和量子纠缠分发和量子隐形传态实验。

在酒泉卫星发射中心，量子科学实验卫星在安装外表面热控材料（2016年7月26日摄）

一些物理学名词听起来或许显得有些深奥，实际上，量子科学实验卫星的任务就是利用量子力学的一些特性进行空间尺度上的量子通信试验以及对于量子力学的本质，尤其是量子纠缠，进行更加严格的探索和检验。在微观领域，一个量子可以同时处于多种状态，这被称为“量子态”，这种状态只有在被测量之后才会给出一个确切的值，这个值事先无法被预测；而另一方面，一个量子的量子态无法被复制。基于量子力学的这些特性，科学家们想到了利用量子态进行通信的可能，“量子密码”，“量子隐形传态”等技术，都是利用微观量子态的这些特点，把量子状态与传统的通信手段相结合。在理论上，这种量子通信的方式，以人类目前对于量子力学的理解程度而言，绝对无法被破解，因此在人类社会的各个领域中都有着极大的应用前景。

潘建伟院士

潘建伟带领的研究团队，已经在中国科学技术大学所在的合肥市建立全世界第一个城市量子通信网络，而基于同样原理建设的全长2000多公里的“量子通信京沪干线”也即将在今年内完成，这使我国在量子通信网络建设中一直走在世界前列。而利用光纤进行传输的量子通信网络有其自身的缺点，光子在光纤中传输的损耗过大，有些地方也不便于铺设光纤，因此想要建设全国范围的量子通信网络，就需要量子通信卫星的参与。光子空间中传播，被大气层所吸收和散射造成的损耗远小于光纤，从这方面来说，“墨子”卫星迈出了关键的第一步。

在酒泉卫星发射中心，量子科学实验卫星在进行太阳翼展开试验（2016年7月30日摄）

除了应用方面进行各种实验之外，“墨子”还将对量子纠缠现象进行进一步的探索。两个处于纠缠态的量子，无论相隔多远，它们之间的状态始终紧密相连，对其中一个的量子态进行测量，而另外一个的量子态也随之塌缩出现确定值，这种现象让量子力学的创始人之一爱因斯坦极为迷惑，称之为“鬼魅般的超距作用”，这种作用，在太空的大尺度下是否仍然存在？这也将是“墨子”将要进行的实验之一，它将向地面上相距1200公里的两个观测站发射相互纠缠的光子进行试验，对于量子力学的基本原理进行更严格的验证，进一步探索量子纠缠的本质。如果量子纠缠最终被证实确实是一种超距作用，那么爱因斯坦充满迷惑的描述则可能成为对于量子加密通信技术的祝福。

墨子

相传墨子是第一个验证了光沿着直线传播的中国人，因此我国发射的世界上首个量子科学实验卫星也以这位两千多年前的古人命名。两千多年以来，人类已经经历了多次技术革命，对于自然的认识也在不断加深，但对于光的本质的研究，始终是人类科学和技术前进的动力之一。量子通信技术的研究，正是人类前沿科学和技术研究的结合。量子科学实验卫星的顺利升空，值得我们对它寄予各种期待。

（图片来自网络）

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