“墨子”卫星：第二次量子革命中的急先锋
本文来源于《中国经济网》
8月16日1时40分，世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”搭载长征二号丁运载火箭，从酒泉卫星发射中心东风航天城顺利发射升空。
“墨子号”是中国科学院空间科学先导专项首批实验卫星之一，主要科学目标是星地高速量子密钥分发实验，在此基础上实验广域量子密钥网络，以期空间量子通信实用化；它将在太空中分发纠缠光子，实验量子隐形传态，并检验空间尺度的量子力学完备性。
该项目首席科学家潘建伟说：“使用量子卫星，点对点传输，可以做到1秒钟传送100K密钥数据；以后提高到1兆或10兆密钥，这将极大推动量子通信实用化。”
他同时展望说，如果经过5年努力，可以得到量子卫星“星座”。“像北斗一样，很多颗量子卫星在空中，将改变我们在信息安全上非常被动的局面。”
量子卫星推动我国在量子太空国际竞赛中掌握主动权
量子卫星的成功发射，不仅具有重要的科学意义和实用价值，还将推动我国在量子太空国际竞赛中掌握主动权，在第二次量子革命中由跟跑者向领跑者转变。
量子是物理世界里最小的基本个体。它具有神奇的特性：首先有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态。“这就好比孙悟空的分身术”，量子卫星首席科学家、中科院院士潘建伟解释道。
其次，量子具有纠缠态，意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。
随着这些特性被科学家不断认识，适用于实际应用的量子通信技术被开拓出来。量子通信分为两种，一种是量子保密通信，能实现无条件安全的通信方式，再也不会被窃听和破译；另一种是量子隐形传态，能将粒子的未知量子态精确传送到遥远地点而不用传送粒子本身。“就像筋斗云一样，实现瞬间传输。”这次量子卫星发射，就是主要开展星地高速量子密钥分发和地星量子隐形传态等实验。
“以量子信息为代表的量子调控，带来了第二次量子革命。”潘建伟认为，人类从单纯观察量子走向主动调控量子，这是一次巨大的飞跃。“中国成功发射量子科学实验卫星，具有里程碑意义，这将建立有史以来最大的天地一体化量子实验室，真正实现星地之间的广域量子调控。”
“过去人们只看到量子现象，却不了解其背后的规律。”潘建伟说，科学家们起初只是对量子进行被动观测，发现了有用的现象，就拿来应用试一试，通过这种方式，量子力学已经给人类带来了核能、半导体等重大发明，这可以称作“第一次量子革命。”随着认识加深和技术进步，人们开始尝试主动调控量子的奇异性质，开拓出适用于经典世界的新技术。“把一粒粒微观粒子抓住，在微观层面按照需求进行精确的组装和调控，这是新的飞跃。量子调控和量子信息技术的迅猛发展标志着第二次量子革命的兴起。”
外国科学家期待中国量子卫星带动国际合作
中国16日成功发射全球首颗量子科学实验卫星后，多名外国科学家对于这个项目接纳奥地利科学家参加表示赞赏，希望以此进一步带动国际合作。
“科学是无边界的，中国和奥地利科学家合作的这个量子卫星项目正是让人兴奋的明证。”英国剑桥大学量子物理学教授阿德里安?肯特对新华社记者说。
美国加州理工学院量子物理学专家斯皮里东?米哈拉基斯在接受新华社记者采访时说，此次中国与奥地利的合作是一个良好案例，说明国家间的合作可带来影响深远的成果，“我希望更多国家能参与到相关研究中，创建一个量子技术更普及的世界”。
英国斯特拉思克莱德大学正与新加坡国立大学合作，推动在小型卫星上开展量子实验的项目。参与这个项目的研究人员胡坤利说：“我非常欢迎这种国际合作，特别是对如此重要的科学项目。量子技术的发展有赖国际上多方合作，目前一些国家在这个领域的不同细分项目中都有各自优势，如果能结合各方力量，将有助我们更快、更全面地实现量子技术的潜力。”
胡坤利提到，中国量子卫星的成功展示了量子通信卫星的可行性，这将降低相关技术开发风险，而这些风险往往让许多手握资金的机构对前沿技术望而却步，“我希望中国卫星的发射成功能够吸引更多人关注空间量子技术”。
参与中国量子卫星项目的奥地利著名量子科学家安东?蔡林格也在接受英国《自然》杂志采访时表示，中国卫星会带动全球相关领域的发展，因为如果中国团队取得成功，那么其他团队将更容易获得对量子卫星的资助。
量子科学和技术究竟将带来一个怎样的未来？
量子科学和技术其实已经在方方面面影响着我们的日常生活。我们目前正在广为使用的计算机、手机、互联网、时间标准和导航，包括医院里的磁共振成像等等，无一不得益于量子科学和技术。
用发展的眼光看，随着微纳加工、超冷原子量子调控等技术的不断进步，人类将能够制备出越来越复杂、功能越来越强大的各种人造量子系统。例如包括量子计算机芯片在内的各种量子电路，其功能和信息处理能力将远远超过我们目前正在使用的经典芯片，并且更加节能；再如可望制备出达到量子极限的能量收集和转换器件，将引发能源变革；也有望大幅提升对时间、位置、重力等物理量超高精度的测量，不仅实现超高精度的潜艇定位、医学检测等，也将加深对物理学基本原理的认识。
（想要阅读更多原生态的工业4.0案例，请点击关注俱乐部另一公众号）
工业4.0俱乐部为国内第一家为工业4.0和智能制造为主题的聚合共同体。秉承集聚、分享、共创、发展的理念，联合产、学、研、政等打造工业4.0产业生态联盟，为区域及企业产业升级转型提供一站式服务。
（长按二维码，关注工业4.0俱乐部）