量子卫星“墨子号”一岁了，回顾这精彩纷呈的一年
2016年的今天，中国自主研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射升空。至今，已经整整过去了一年。
2017年8月10日，中国科学院宣布“墨子号”量子卫星提前并圆满实现全部三大既定科学目标，为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展奠定了坚实的科学与技术基础。
中国科学院院士潘建伟所领导的量子通信团队，一路走来并非一帆风顺，一周年之际，让我们回顾一下，量子卫星这一年。
长征二号丁运载火箭“一箭三星”发射成功，我国的量子科学实验卫星“墨子号”也是乘客之一。
2016年8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星（简称“量子卫星”）发射升空。“墨子号”是由我国完全自主研制的世界上第一颗空间量子科学实验卫星。
“墨子号”在未来两年的在轨运行里，将会配合五个地面台站，首次在太空与地面之间开展远距离量子通信的实验研究，为建立一个极其安全的覆盖全球的通信网络奠定基础，同时将开展对量子力学基本问题的空间尺度实验检验，加深人类对量子力学自身的理解。
“墨子号”成功发射后，极大激起了公众对量子科技的浓厚兴趣。《卫星与网络》及时发布了一篇《墨子发射后整个世界炸锅了！还不知道什么是量子通信？快看~|干货整理》，为大家梳理了有关量子通信的各种相关知识，干货满满哦！
此外，“墨子号”也在国际上引发了大量回响，包括英国《自然》杂志、美国《科学》杂志、《科学美国人》、英国《新科学家》、《纽约时报》、英国广播公司（BBC）等众多国际知名学术和公共媒体都对“墨子号”进行了专题报道，美国国家航天局（NASA）也在其官网上对“墨子号”发射任务给出了详细的介绍。
2016年底，“墨子号”和人类首次探测到引力波等重大成果共同入选英国《自然》杂志点评的年度国际重大科学事件；“墨子号”作为唯一诞生于美国本土之外的创新技术入选《科学美国人》评选的2016年度“改变世界的十大创新技术”；不久后，《华尔街日报》针对中国科技的高速发展给出了标题为《沉寂了一千年，中国誓回发明创新之巅》的专题文章，将“墨子号”量子科学实验卫星作为中国创新能力提升的重要标志。
量子卫星登上了Science的封面
世界量子信息科学发展历程中，一直伴随着许多对于量子通信的质疑。在国内，早在2014年6月，北京大学物理学院退休教师王国文在一篇《扫谎打非：敦促潘建伟院士走出迷途》的文章里称潘建伟所说的量子纠缠是对爱因斯坦相对论的否定，“纯属谎言”，而认为其实验路线“胡作非为”。
而就在“墨子号”发射的当天，网络媒体上一篇名为《量子通讯是否真的无懈可击》的文章被广泛转发，文中提到，上海大学数学系的密码专家曹正军指出，量子通信这种看似无懈可击的通信方式，实际上是以牺牲信号稳定性为代价的，一旦存在敌方的任何形式的入侵行为，量子通信都将无法实现，而传统的密码体系，都是假设敌方可以获取信息，但是从计算复杂性上让敌方无法破解。“如果敌手消失了，那么任何密码技术都是多余的。”从这个意义上说，量子通信可以说是只要有敌方存在就办不了事，这样的系统最终只能沦为摆设。
而之后的几天中，质疑之声纷至沓来，甚至出现了“骗局”、“骗经费”等恶意揣测。
量子科学实验卫星首席科学家潘建伟
面对这些质疑之声，量子卫星首席科学家、中国科学院院士、中国科学技术大学教授潘建伟选择正面回应，他对记者表示：“我欢迎基于科学实验的严肃的质疑。现在对于量子通信的质疑有三类，第一类是完全质疑量子科学理论。现在量子理论的科学性已经建立起来了，尽管我们现在还不知道量子纠缠为什么会发生，背后的东西是什么。但我们的实验也验证了量子纠缠确实存在，所以如果有人对量子纠缠理论有突破，可以发表，经过同行评审，认为是有科学价值。但如果只是自己讲，我们不会给任何回应。
第二个是干扰问题，这种抗干扰能力跟无线通讯、光纤通讯是一样的。如果一个人说，我把你的信息拦截了不让你通信了，你的系统就崩溃了。他当然是可以拦截。但是回过头来，如果我们在光纤中通过经典通信传输，那我也是一样可以拦截你的。这两种拦截的成本、所需的技术和难易程度完全一样。所以有些人说量子通信卫星的抗干扰能力弱是不对的，我们和经典通信是一样的。
“无条件安全”在它的内涵里面是合理的，但是我只能说这个通信本身是安全的，不过基于一个假设就是，信息传递的这两个终端自己不要出问题。我们的量子通信只管通信的过程是绝对安全的。但要做到“完美”的信息安全，我认为应该把终端的安全也一起管起来。
第三方面，我们项目刚启动很多人都在问，是不是国外已经在做了？我们要鼓励大家敢做一点别人没做过的事情，如果一定要别人开始做了之后我们再去做，我们还能成为一个创新的国家吗？”
星地量子密钥分发实验，2017年5月拍摄于乌鲁木齐南山。多张照片合成了卫星过境的全貌，背景是恒星的星轨。（中科院供图）
地星量子隐形传态实验，2017年4月拍摄于西藏阿里。（中科院供图）
一张地面站发射红光与“墨子号”发射绿光遥相呼应的照片，在网络上走红。据相关研究人员介绍，照片中所展示的是国家天文台兴隆地面站正在与量子卫星“墨子号”进行通信试验。
此前，量子科学实验卫星首席科学家潘建伟曾表示，“墨子号”承担着发射和传输光信号的重要任务。但专家解释称，该照片中所展示的光束并非用来进行量子通信的光信号。“在量子通信试验中，卫星发射的光信号是单光子，一般肉眼很难观测到。”清华大学物理系教授王向斌告诉记者。
据介绍，此次通信试验中的光束被称为信标光，是在进行量子通信之前用来与地面建立联系、确定位置的。“这次是用强光找到位置打通通路，之后再进行量子通信。”王向斌解释称。
专家称，试验信标光的选择，需要在穿越大气层、稳定性等诸多层面予以考虑，是量子科学实验卫星团队在前期大气光学调研的基础上，确定的对试验最有利的光。
据悉，“墨子号”于2016年8月16日成功发射后，不断传出好信息。2016年8月26日凌晨，星载开启窄信标光（能量更高、发散角更小），国家天文台兴隆地面站成功实现了天地实时对接，并接收到850nm的通信信号，是5个地面量子通信站中首个完成对接测试实验的地面站。2016年8月27日凌晨，再度成功进行了天地对接验证，兴隆地面站已经初步具备星地对接实验条件。
2017年1月18日，我国发射的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务，正式交付用户单位使用。中国科学技术大学、中科院微小卫星创新研究院、西安卫星测控中心、中科院国家空间科学中心等单位相关领导在交付使用证书上签字。
量子卫星在轨交付仪式现场
量子科学实验卫星在轨测试阶段全面完成了卫星平台测试、有效载荷自测试和天地一体化链路测试，卫星平台和有效载荷工作一切正常，成功构建了星地单向、星地双向、地星单向量子信道，系统信道效率、时间同步精度、跟踪瞄准精度均超过系统指标要求，可以满足空间量子科学实验的要求。
在交付仪式前，量子科学实验卫星工程常务副总师王建宇研究员向与会领导和专家做了卫星在轨测试总结报告，并表示量子卫星已经在世界上首次建立了天地一体化量子通信实验测试平台，具备了开展空间量子科学实验的条件。量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士代表科学研究团队做了量子卫星寿命期工作安排报告。
据潘建伟介绍，目前研究团队正在有条不紊地开展相关科学实验工作，已获取了初步的实验数据。研究团队对顺利完成星地量子密钥分发实验、广域量子密钥应用演示实验、星地双向量子纠缠及地星量子隐形传态实验全部预先设定的科学实验任务充满信心。
2017年8月10日，即将迎来“墨子号”发射一周年之际，潘建伟院士领导的中科院联合研究团队向外界又公布了一项重大成果——“墨子号”在国际上第一次成功实现了“千公里级”的星地双向量子通信。
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量子卫星提前实现三大科学目标
《自然》杂志的物理科学主编卡尔·齐姆勒斯感慨“这是十分令人激动的消息（very exciting stuff）”，并给出评价：“以前人们会说量子技术的极限在天边，但这说法其实有些保守了。”潘建伟团队这些实验中，量子技术就已经突破“天空的限制（gone beyond the sky）”，并将应用型量子通信技术方面的研究提升到如此的“天文高度（astronomical height）”。
此前，潘建伟团队在国际上率先实现“千公里级”的星地双向量子纠缠分发，并将成果发表在6月16日的《科学》杂志上，完成了“墨子号”一项科学任务即“星地双向量子纠缠分发”；如今则将另外两项任务一并完成：高速星地量子密钥分发和地星量子隐形传态，相关成果已在线发表在8月10日的《自然》杂志上。
至此，属于中国的“墨子号”量子卫星，已提前完成预先设定的三大科学目标。在8月4日的媒体见面会上，中国科学院院长白春礼对媒体表示，“（‘墨子号’量子卫星）系列成果赢得了巨大国际声誉，标志着我国量子通信领域的研究在国际上达到‘全面领先’的优势地位。”
为祖国科学家的科研成就而自豪，同时应该强调，所有科研人员、媒体及公众，也都有科学质疑与监督的权利，相信在公平、公开、公正的环境下，才能真正做到“加快科技创新，建设世界科技强国”的宏愿。
科学研究永无止尽，“墨子号”、潘建伟团队及中国量子通信等前沿科学研究都仍在路上。
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