中国又一项领先全球的黑科技！量子卫星发射( 二 ) _小知识

潘建伟还介绍道，作为建设“天地一体化”通信网络的重要组成部分， “墨子号”量子卫星与普通卫星相比存在着巨大的差异。发射升空的量子卫星以及建设在地面的多个地面观测站，共同组成了前所未有的覆盖地面和空间的巨大实验网络。

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图1 量子保密通信原理图
“针尖对麦芒”的精准定位
“墨子号”量子通信卫星作为天地一体化的空间中转站，其承担着发射和传输光信号的重要任务，如何保证距离地球表面数百公里的光信号能够顺利被地面光学天线接收，潘建伟形象化地解释道，这其中涉及到的关键性实验技术的难度就好比是“针尖对麦芒”一样。
潘建伟介绍说，由于卫星发射的光信号是极其微弱的单光子级别，在由空间向地面传输的过程中会受到许多因素的干扰，比如星光、灯光等都将成为干扰信号传输的背景噪声。此外，卫星的运动速度很快，地面的光学天线必须时刻紧跟卫星的“节奏”才有可能实现信号的准确接收。所以，在“墨子号”量子通信卫星的设计过程中，不仅要克服各种噪声的干扰保证信号源的稳定，同时还要实现与地面光学天线的准确对接。尽管是如同“针尖对麦芒”般苛刻的实验条件，但是在我国科学家的不懈努力下，如此困难的技术难题也依然得到了解决。

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图2量子通信卫星概念图
保密通信的“京沪干线”
被称为“京沪干线”的地面量子通信网络，是“天地一体化”量子通信网络的地面组成部分。对于“京沪干线”的建设原理，潘建伟解释道：在建设地面量子通信网络的工程中，主要的应用都集中在城市范围内，将城市之间的城域网连接起来实现城际量子通信非常关键。据介绍，目前的技术仅能够达到点对点百公里量级的量子通信，所以就需要通过建立可信任的中继站点来起到信息中转的作用，连接相距数百公里两个城市的量子通信网络。已经建立起来的北京、济南、合肥、上海四个量子通信城域网，将在可信中继的帮助下，通过光纤串联起来，构成量子通信的“京沪干线” 。未来还将会在每个城市中建设光学天线接收卫星的信号，这样，随着“墨子号”的顺利升空，地面的“京沪干线”与空间的量子卫星共同构成了覆盖全球的广域网络，充分利用卫星覆盖的广域性和光纤入户的便利性，从而真正实现“天地一体化”的量子通信。

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图3广域量子通信网络示意图
开启量子通信新时代
随着量子卫星的发射升空和下半年“京沪干线”的完工，中国的广域量子通信体系为率先建成全球化的量子通信卫星网络奠定了基础，人类即将实现全球范围内卫星和地面间的首次量子通信。 “天地一体化”的量子通信网络即将铺就，历经30余年的量子信息研究也将步入深化应用的时代。未来，量子通信不仅仅只是一种全新的加密通信手段，它将成为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益普遍的电子服务的安全基石，成为保障未来信息社会可信行为的重要基础之一。也许就在不远的将来，量子通信技术将如同手机、电脑一般，走入寻常百姓家。