爬坡過坎

一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)被攻破

△量子通信衛(wèi)星與地面站實(shí)驗(yàn)示意圖（圖源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）

中國(guó)量子通信團(tuán)隊(duì)取得的成果舉世矚目，在這當(dāng)中他們?cè)庥隽嗽鯓拥募夹g(shù)難關(guān),？

難關(guān)一：?jiǎn)蝹€(gè)光子制備

在量子通信技術(shù)的研發(fā)過程中,，首先要面對(duì)的是制備單個(gè)光量子的技術(shù)難題,。中科院院士、中國(guó)科技大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉舉了一個(gè)非常形象的例子,，來解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個(gè)普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個(gè)數(shù)可達(dá)十萬億億個(gè),，想要實(shí)現(xiàn)單個(gè)光量子的制備就如同在這十萬億億個(gè)光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個(gè)。

難關(guān)二：?jiǎn)喂庾拥奶綔y(cè)

單個(gè)光子已經(jīng)是光能量的最小單元,，能量是非常微弱的,，需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測(cè)技術(shù)。具備了單個(gè)光量子的制備和探測(cè)能力后,，才能夠?qū)崿F(xiàn)安全的量子通信,。

△2016年11月26日拍攝的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與興隆量子通信地面站建立天地鏈路,。

難關(guān)三：星地通信好比萬米高空投硬幣

“墨子號(hào)”衛(wèi)星常務(wù)副總設(shè)計(jì)師王建宇舉例說,，“要從1000千米的高度把一個(gè)個(gè)光子發(fā)射到地面站，就好比在萬米高空高速飛行的飛機(jī)上,，同時(shí)向地面兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的投幣口細(xì)長(zhǎng)的儲(chǔ)蓄罐扔進(jìn)一個(gè)個(gè)硬幣,。儲(chǔ)蓄罐的投幣口是細(xì)長(zhǎng)的，相當(dāng)于光的偏振,，它是有方向的,，硬幣要把方向?qū)貌拍苋舆M(jìn)去，而且不是扔一個(gè),，要兩邊同時(shí)都扔準(zhǔn)才行,。”

難關(guān)四：地面探測(cè)難度遠(yuǎn)超千里眼

根據(jù)計(jì)算,，一根火柴劃一下大概有1017個(gè)光子,，而衛(wèi)星地面站的探測(cè)能力，相當(dāng)于在地球上的人要發(fā)現(xiàn)在月亮上有人劃了一根火柴,。此外,，還要在每秒一億個(gè)光子里面，搞明白地面探測(cè)到的是第幾個(gè)光子,，這些光子都是排好隊(duì)的,，探測(cè)一個(gè)就要知道它是第幾個(gè)，這樣才能用來做密鑰,。

目前,，廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的雛形已基本形成。骨干網(wǎng)的擴(kuò)展,，將形成更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),，并在基礎(chǔ)上構(gòu)建國(guó)家地基授時(shí)網(wǎng)絡(luò)，為定位,、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)提供保障,。另一方面,，地面網(wǎng)絡(luò)與量子衛(wèi)星結(jié)合，為超大尺度量子干涉的相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供了有利基礎(chǔ),，如探索量子力學(xué)與廣義相對(duì)論融合等問題,，為量子引力的基礎(chǔ)檢驗(yàn)和用于計(jì)量應(yīng)用的大規(guī)模干涉測(cè)量提供了可能。