量子科技正加速进入太空

近年来，量子科技发展突飞猛进，成为新一轮科技革命和产业变革的前沿领域。加快发展量子科技，对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。

要充分认识推动量子科技发展的重要性和紧迫性，加强量子科技发展战略谋划和系统布局，把握大趋势，下好先手棋。

什么是量子科技？是被媒体报道过的量子波动速读吗？当然不是！量子科技是量子科学与量子技术的统称，其基础是量子力学。量子力学是关于微观物质世界运动规律的理论体系，是人类探究微观世界的重大成果，与相对论一起构成现代物理学的理论基础，而且在化学等学科和许多近代技术中得到广泛应用。量子科技发展具有重大科学意义和战略价值，是一项对传统技术体系产生冲击、进行重构的重大颠覆性技术创新，将引领新一轮科技革命和产业变革方向。

那么，高深玄奥的量子科技和我们的生活有什么关系呢？ 关系很大！历史上，量子科学的发展触发了第一次量子技术革命，从而诞生了信息时代的关键核心技术，如晶体管、激光、硬盘、GPS等，这些技术发明是以互联网为代表的现代信息技术与产业的基础。

目前我们已经进入第二次量子技术革命时代，人们能够通过主动设计和操控量子态发展量子技术和应用。第二次量子技术革命将催生量子计算、量子通信和量子测量等一批新兴技术，极大地改变和提升人类获取、传输和处理信息的方式和能力。其中，量子计算会颠覆性提高信息运算处理速度，量子通信会大幅度提升通信安全性，量子精密测量和传感技术会在未来数字时代和万物互联时代有着广泛的应用。

可以说，随着以量子信息技术为代表的量子科技的不断发展和应用，人类社会将从经典信息时代走向量子信息时代。量子科技听起来这么厉害，那它能上天吗？能！必须能！量子力学是人类迄今为止已掌握的最精确的物理原理，不仅适用于微观世界，也是支配着广袤宇宙空间中物质运动的普遍规律。

太空为量子科学基本原理的探索和检验提供了更大的空间尺度，与此同时，太空还因其特有的轨道资源和环境资源为量子技术施展其威力提供了广阔舞台，太空中的量子科技在国防、商业和科学研究方面都具有重要应用价值。

随着全球第一颗量子科学实验卫星“墨子号”的成功发射，量子科技已经正式迈出了走向太空的步伐。·量子卫星：量子科技走向太空的第一步·为什么需要量子卫星？这就要从目前发展最为成熟的量子信息技术——量子通信说起了。量子通信是利用量子态作为信息载体来进行信息交互的通信技术，利用单个光量子不可分割和量子态不可克隆的性质，在原理上确保非授权方不能复制与窃取量子信道内传递的信息，以此保证信息传输安全。

量子通信已经被公认是目前唯一被理论严格证明能够无条件安全的通信方式。得益于量子保密通信的高度安全性，量子通信在国防、商务和金融等领域具有重要应用。目前，量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化，我国已经建立了若干量子保密通信城域网以及京沪干线等地面量子通信链路网络。但是由于光量子很容易被光纤吸收，存在固有的光量子损耗，导致信号在光纤中传输时会逐渐减弱。

为了解决远距离传输的问题，借助卫星中转实现量子通信网在理论上是一个较好的途径。如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。通过量子卫星解决量子信号远距离传输问题，可以实现洲际量子通信，从而将量子通信技术应用于更广的区域，最终构建基于太空的全球量子互联网。

• 全球首颗量子卫星“墨子号”

2016年8月16日1时40分，“墨子号”量子科学实验卫星在酒泉用长征二号丁运载火箭成功发射升空。

这是人类历史上第一颗专门用于研究量子科技的卫星，引起了全球的关注。2017年1月18日，“墨子号”量子科学实验卫星圆满完成了4个月的在轨测试任务，开始进入在轨运行和实验任务阶段。墨子号的成功发射和在轨实验任务的顺利进展使得中国成为第一个实现了卫星和地面之间量子通信实验的国家。“墨子号”量子卫星取得的一系列研究成果不仅为中国科学赢得了巨大国际声誉，也标志着我国量子通信领域的研究在国际上处于领先地位。

据推测，在卫星量子通信方向，中国领先美欧等发达国家五年左右，实现了该领域的弯道超车。

• 必争之地：太空量子通信研究进展加速

量子技术与卫星的结合不仅听起来浪漫、大胆、富有想象力，而且应用前景十分诱人。不只是中国，世界上许多其他国家也都跃跃欲试，特别是在中国的“墨子号”量子科学实验卫星发射成功以后，近年来陆续有日本、新加坡、加拿大等国家实施量子卫星研制计划或者开展相关实验的报道，太空中的量子通信实验和相关计划进展呈现加速态势。

• 日本超小型卫星量子通信实验

2017年7月11日，日本信息通信研究机构（NICT）宣布成功完成了世界上首例利用超小型卫星进行量子通信的验证实验。此次实验利用了一颗重量仅为50千克的超小型卫星。超小型卫星所搭载的小型光通信装置（SOTA）以每秒1000万比特的速率向地面站发送光信号，由位于东京都小金井市的NICT光地面站将接收到的一个个光子进行信号复原。

该机构称，此次实验证实了利用低成本的小型卫星能够实现卫星量子通信，这项成果也开启了今后太空产业发展的新篇章。 据报道，加拿大的量子加密与科学卫星将利用光学地面站接收量子密钥，对密钥进行核验后将其传输到另一个地面站。由于光纤传输限制在200公里左右，因此这颗卫星将用于测试远距离量子密钥分发的能力。总之，以太空为基础背景的全球量子通信网络研究势必会成为未来天基量子领域的重要组成部分，同时也彰显着国与国之间针对空间探索的科技水平。

• 量子实验室：浩瀚太空中探索微观世界

量子科技进入太空，除了利用卫星平台的优势服务于构建全球量子互联网的现实目标以外，还有来自其他领域的需求牵引。比如说，太空为量子科学自身的发展提供研究和探索的崭新空间，科学家梦想打造基于太空的量子科学实验室。

• NASA打造太空冷原子实验室

为了要研究在地球上无法观察到的量子现象，美国太空总署（NASA）打造了一个号称是“全宇宙最寒冷地方”，被称为“冷原子实验室”，让科学家进一步钻研量子力学。

2018年5月21日，这款造价高达8300万美元的“冷原子实验室”从美国宇航局位于弗吉尼亚的Wallops飞行设施发射升空前往国际空间站。但为什么不能在地球上做呢？因为地球的重力会在短短几秒钟内，让BEC在即短暂的时间内崩解，但在无重力的太空中可以存活至少5到10秒钟，这样就能争取到足够的时间将玻色子原子冷却到接近绝对零度状态。在国际空间站上“空间”是非常珍贵的，因此科学家将冷原子实验室从一个需要占满一整间房间的设备，压缩到尺寸仅冰箱大小的盒子，冷原子实验室由太空总署的喷射推进实验室（JPL）研发制造，尺寸跟一般家用冰箱差不多，这个实验室能创造全宇宙最寒冷的空间。冷原子实验室已经成功运行了两年，今年1月份，在宇航员的帮助下，该实验室升级了一种新的工具，称为原子干涉仪，它能精确测量各种力，包括重力。

5月份的测试表明，原子干涉仪正在按计划工作。有意思的是，当时由于新型冠状病毒疫情的封锁，这个能够远程操作的冷原子物理实验室成为了美国唯一仍能够运转的冷原子实验室。·军事应用：颠覆性技术正在进入太空太空量子技术带来的不只是科学价值和商业应用前景，还将在国防军事领域产生颠覆性变革。

• 量子技术的军事应用前景

近年来，随着量子技术的逐渐发展，其军事应用前景越来越得到世界各国的认可和重视。2020年3月，北约科技组织发布《2020-2040科技发展趋势：探索科技前沿》，阐明了北约重视的八大新兴颠覆性技术，量子技术位列其中。