2016年8月16日，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」在酒泉衛星發射中心發射升空，中國在衛星量子通訊上邁出了人類第一步。 2024年，中國的「量子星座」正在醞釀中 ，成功後，將能提供高效率的全球化量子通訊網路服務。
在量子物理領域中，中國已經在量子資訊方向上實作從跟跑到部份領跑的轉變。而這一優勢，將在中國科技工作者不斷自主創新的實踐中繼續保持。
2016年8月16日，「墨子號」在酒泉衛星發射中心發射升空。
把量子通訊實驗搬到太空中
「嚇了一跳」，這是中國科學院上海技術物理研究所研究員、「墨子號」工程常務副總設計師兼衛星系統總指揮王建宇聽到「墨子號」想法的第一感覺。為了解決光纖傳輸訊號損失嚴重的問題，潘建偉團隊想把量子通訊實驗搬到太空中。
「之前的實驗表明，光纖傳輸的量子通訊訊號在200公裏以上就幾乎被吸收殆盡。」中國科學技術大學教授、中國科學院院士潘建偉介紹。那麽，該如何實作安全的遠距離量子金鑰分發呢？早在2003年，年輕的潘建偉提出一個大膽的想法：外太空幾乎是真空，光訊號損耗非常小，利用量子衛星作為中轉站，可以將多個城市的城域量子通訊網路連線起來，極大地延長量子通訊距離。
這是一個前所未有、挑戰技術極限的科學創新，是個「瘋狂的想法」。 但潘建偉認為：「過去，我們在科研領域常常扮演追隨者和模仿者的角色，研究方向的選定、科研計畫的設立都先要看看國際上有沒有人做過。量子資訊是一個全新學科，我們必須學會和習慣做拓荒者。」
科學，需要大膽設想，也要小心求證。為了驗證這個想法，研究團隊付出了很多。他們在北京八達嶺長城附近和河北省張家口市懷來縣古城遺址之間搭起通訊平台，用兩年時間完成了16公裏的自由空間量子隱形傳態實驗；他們在青海湖中的海心島上搭帳篷做實驗，吃、喝、燃料都依賴每月一次的補給，連洗澡都無法保證， 終於實作了百公裏自由空間量子隱形傳態和雙向纏結分發，驗證了在高損耗星地鏈路中實作量子通訊的可行性 ；他們用吊車、卡車、熱氣球、飛機，想盡一切辦法進行星地之間量子通訊的模擬實驗……終於， 研究團隊突破了高精度捕獲跟瞄技術、高靈敏能量分辨探測技術、星載量子光源技術等技術瓶頸，為量子衛星的研制鋪平了道路 。
2011年11月，中國科學院戰略性先導科技專項「量子科學實驗衛星」正式立項。 接下來的5年中，圍繞衛星研制，中國科學院集中優勢力量攻關：衛星工程由中國科學院國家空間科學中心抓總負責；中國科大負責科學目標的提出和科學套用系統的研制；中國科學院上海微小衛星創新研究院抓總研制衛星系統，中國科學院上海技術物理研究所聯合中國科大研制有效載荷分系統；中國科學院國家空間科學中心牽頭負責地面支撐系統研制、建設和執行，對地觀測與數位地球科學中心等單位參與。
2016年8月，「墨子號」成功發射！ 發射入軌後的一年時間內， 「墨子號」圓滿完成了全部預定科學實驗任務 ：在國際上首次完成千公裏級星地雙向量子纏結分發實驗、完成了空間尺度下嚴格滿足「愛因史坦定域性條件」的量子力學非定域性檢驗、國際上首次成功實作從衛星到地面的千公裏級量子金鑰分發和地面到衛星的千公裏量子隱形傳態。此後，中國科學家基於「墨子號」積極開展國際合作，實作了北京—維也納的洲際量子金鑰分發，共同探索實作全球化量子通訊的可行性。「墨子號」不斷創造紀錄，讓中國在空間量子科學研究領域處於引領地位。
「量子星座」，未來可期
如今，量子通訊已成為最先進入實用化階段的量子資訊科技。據了解，上海區域內目前已經建成國內首張營運商級的商用量子金鑰分發網路，可支持不少於100萬的使用者容量。而預計到今年年底，中國電信將在全國10~15個城市部署量子都會網路，未來將與骨幹網打通，並最終形成天地一體的量子通訊網路。
「墨子號」的成功，讓世界掀起一輪空間量子物理的熱潮。2017年，美國國家航空暨太空總署釋出了關於未來空間量子物理發展的白皮書，歐洲航天局釋出了空間量子技術白皮書。國際學術期刊【科學】曾發表社論，認為是「墨子號」給美國政府敲響了警鐘，最終促使美國在2018年透過【國家量子行動法案】。
激烈的競爭中，中國該如何保持領先？中國科學家有成竹在胸的規劃。就在10月2日墨子量子科技基金會舉辦的新聞釋出會上，潘建偉表示， 中國有望在量子中繼和量子星座兩方面取得關鍵技術突破 。
在量子中繼方面 ，中國團隊正在研究可支持上千公裏量子通訊的量子中繼技術，有望在未來5~6年內實作遠距離的城際光纖量子傳輸。這能夠實作量子網路的大規模覆蓋，大幅擴充套件量子通訊的套用範圍。
在「量子星座」方面 ，中國已於2022年7月成功發射第一顆低軌量子微納衛星，或在明年再發射兩到三顆低軌域衛星。中高軌量子科學實驗衛星正在研制中，有望在2026年底具備發射條件。未來，由中高軌量子衛星和實用化的低軌微納衛星組成的「量子星座」，將與地面上的光纖量子網路連線，構建全球化廣域量子通訊網路。
這不僅僅是技術上的成功，還將在科學上取得更多突破：或許，我們將重新定義時間單位「秒」；或許，我們將驗證量子重力理論的真偽；或許，我們能夠開展重力波的新探測；或許，我們能夠在月球建立基地，實作地月量子纏結分發……
這些，不是夢。從「墨子號」出發，中國科技工作者一步一個腳印，向量子科技的高峰攀登！
