“濟(jì)南一號(hào)”上天，量子通信邁出又一大步

2016年8月16日，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星墨子號(hào)發(fā)射升空。墨子號(hào)上天肩負(fù)著三大科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)：星地間高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)；星地間量子糾纏分發(fā)檢驗(yàn)貝爾不等式；星地量子隱形傳態(tài)。這三大任務(wù)在墨子號(hào)升空一年的時(shí)間里就已圓滿完成，之后墨子號(hào)還完成了洲際量子密鑰分發(fā)、基于糾纏的無(wú)中繼量子密鑰分發(fā)等一系列實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)壽命只有兩年的墨子號(hào)目前依然在太空中服役。

墨子號(hào)只是一顆實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，由于在太空中需要避開(kāi)太陽(yáng)光的干擾，墨子號(hào)的軌道高度設(shè)計(jì)為500千米，只能在夜晚過(guò)境期間進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。要想建立天地一體的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系，只有一顆墨子號(hào)肯定是不可以的，并且技術(shù)路線也要做適當(dāng)調(diào)整。

7月27日，“濟(jì)南一號(hào)”微納衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地發(fā)射升空，這是世界首顆用于量子密鑰分發(fā)終端的微納衛(wèi)星。濟(jì)南一號(hào)總質(zhì)量98千克，和墨子號(hào)的631千克相比，濟(jì)南一號(hào)個(gè)頭明顯偏小。同時(shí)其軌道更低，也就預(yù)示著研發(fā)成本更低。這些特征釋放出明顯的商用信號(hào)，也預(yù)示著濟(jì)南一號(hào)不會(huì)是一顆星在戰(zhàn)斗。

衛(wèi)星的軌道更低，意味著衛(wèi)星可能會(huì)在幾年后自行墜入大氣層燒毀。這樣的衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命不會(huì)很長(zhǎng)，研發(fā)及維護(hù)成本較低。同時(shí)舊衛(wèi)星的淘汰更有利于將新技術(shù)應(yīng)用到新的衛(wèi)星上。另外在經(jīng)典信道方面，墨子號(hào)采用的是微波信道，信道資源有限，成碼效率很低。濟(jì)南一號(hào)的信道電磁波頻率是墨子號(hào)的6倍，產(chǎn)生密鑰的效率更高，同時(shí)借助地面上的小型站點(diǎn)就可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成碼。

濟(jì)南一號(hào)的上天無(wú)疑是邁出了量子通信商業(yè)化道路上的堅(jiān)實(shí)一大步。濟(jì)南一號(hào)這顆衛(wèi)星的命名也應(yīng)該有含義的，有一號(hào)意味著還會(huì)有二號(hào)、三號(hào)等，有濟(jì)南意味著可能還會(huì)有合肥、上海等。一個(gè)完整的量子通信網(wǎng)絡(luò)體系可以從濟(jì)南一號(hào)上窺見(jiàn)雛形。量子衛(wèi)星在白天高噪音背景下的密鑰傳輸也早有研究并取得過(guò)重大進(jìn)展，相信由高、中、低軌道量子通信衛(wèi)星及地面站組建起的全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)體系會(huì)在不久的將來(lái)投入到應(yīng)用中。目前世界上越來(lái)越多的大國(guó)加強(qiáng)了對(duì)量子通信、量子計(jì)算的投入和研究，處在量子通信領(lǐng)跑位置的中國(guó)不能有所松懈。