爬坡過坎

一個個技術難關被攻破

△量子通信衛(wèi)星與地面站實驗示意圖（圖源：中國科學技術大學）

中國量子通信團隊取得的成果舉世矚目，在這當中他們遭遇了怎樣的技術難關,？

難關一：單個光子制備

在量子通信技術的研發(fā)過程中,，首先要面對的是制備單個光量子的技術難題。中科院院士,、中國科技大學常務副校長潘建偉舉了一個非常形象的例子,，來解釋這一關鍵技術的難度：一個普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數(shù)可達十萬億億個，想要實現(xiàn)單個光量子的制備就如同在這十萬億億個光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個。

難關二：單光子的探測

單個光子已經(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技術。具備了單個光量子的制備和探測能力后,，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”量子科學實驗衛(wèi)星與興隆量子通信地面站建立天地鏈路,。

難關三：星地通信好比萬米高空投硬幣

“墨子號”衛(wèi)星常務副總設計師王建宇舉例說,，“要從1000千米的高度把一個個光子發(fā)射到地面站，就好比在萬米高空高速飛行的飛機上,，同時向地面兩個旋轉(zhuǎn)的投幣口細長的儲蓄罐扔進一個個硬幣,。儲蓄罐的投幣口是細長的，相當于光的偏振,，它是有方向的,，硬幣要把方向?qū)貌拍苋舆M去，而且不是扔一個,，要兩邊同時都扔準才行,。”

難關四：地面探測難度遠超千里眼

根據(jù)計算,，一根火柴劃一下大概有1017個光子,，而衛(wèi)星地面站的探測能力，相當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,，還要在每秒一億個光子里面，搞明白地面探測到的是第幾個光子,，這些光子都是排好隊的,，探測一個就要知道它是第幾個，這樣才能用來做密鑰,。

目前,，廣域量子通信網(wǎng)絡的雛形已基本形成。骨干網(wǎng)的擴展,，將形成更復雜的拓撲結(jié)構(gòu),，并在基礎上構(gòu)建國家地基授時網(wǎng)絡，為定位,、導航和授時服務提供保障,。另一方面，地面網(wǎng)絡與量子衛(wèi)星結(jié)合,，為超大尺度量子干涉的相關實驗提供了有利基礎,，如探索量子力學與廣義相對論融合等問題,，為量子引力的基礎檢驗和用于計量應用的大規(guī)模干涉測量提供了可能。