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作者： 林落综合报道 来源： 发布时间：2016-8-19 15:30:3
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上世纪八十年代以来，量子信息科学迅速成为近年来物理学和信息科学领域最活跃的研究前沿之一。
利用量子调控技术，能够用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵，在增大信息传输容量、提高运算速度、确保信息安全等方面突破经典信息技术的瓶颈。
因此，量子信息科学拓宽和深化了量子理论在改变人类生活和社会面貌方面的应用，成为未来信息技术的战略性发展方向，并很有可能会推动整个信息产业的技术革命。
最先走向实用化的量子信息技术是量子通信。当前，利用卫星平台的自由空间光子传输，被公认为是最切实可行的克服光子易被光纤信道吸收的弱点、实现广域乃至全球量子通信的技术途径。因此，其也成为目前量子信息科学领域最重要的课题之一。
双重“呼唤”
在过去几年中，欧洲、美国和中国均在构建广域量子通信网络体系方面进行了战略性部署，投入了大量的科研资源和开发力量，进行关键技术攻关和工程化探索，力争在激烈的国际竞争中占据先机。
在此深化发展阶段和国际竞争激烈的背景下，为了使我国在量子通信技术激烈的国际竞争中抢占主动权，为未来全面实现量子通信技术的实用化奠定坚实的科学技术基础，近年来，我国不断加大对量子通信研究支持的力度，并在各相关研究方向上取得了很好的理论、实验技术、人才储备，开展了一系列优秀的理论和实验研究工作，在实现广域量子通信所需的各个关键环节上均取得了重要的突破，在发展进程上形成了与欧美先进国家比肩的局面，甚至在某些方面已经处于国际领先地位。
具体来说，我国在局域量子通信网络技术实用化及工程化预研、基于光与冷原子的量子纠缠操纵，以及量子信息处理方面处于国际领先水平，并且启动了多项前瞻性预研重大项目，自由空间光子传输和星地量子通信的若干关键技术难点也已被陆续攻克。
但需要看到的是，到目前为止，一方面，人类所进行的大部分对量子力学原理的检验实验仍停留在较小尺度的实验室范围，在更大尺度的范围中检验量子理论的正确性和量子理论预示的各种奇异现象的真实性，成为未来研究的大势所趋。
另一方面，虽然当下短距离的量子保密通信技术发展已经相对成熟，采用光纤量子通信系统能够在同一城市中各关键部门构建绝对安全的量子通信网络；但是短距离的量子保密通信显然无法满足实际应用需求，只有基于空间平台实现星地量子密钥分配，才能将多个地面光纤量子通信网络相互连接，真正实现广域的量子通信网络，从而增强我国通信体系的信息战能力，满足国防信息现代化的重大战略需求。
此外，开展星地空间大尺度量子通信研究还有助于人们在更深层次上认识量子物理的基础科学问题，如量子纠缠、Bell不等式、量子非定域性和量子隐形传态等等，这将极大地拓宽量子力学的研究方向，对于物理学乃至整个科学的发展都有着至关重要的意义。
这些来自科学和应用双方面的需求，与量子科学实验卫星项目立项伊始制定的科学目标不谋而合：进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
量子科学实验卫星将借助于卫星平台，一方面寻求量子理论在信息学和通信学方面最新成果在宏观大尺度上的应用，使量子信息技术的应用突破距离的限制，向更深的层次发展，促进广域乃至全球范围量子通信的最终实现；另一方面将在宏观大尺度上对量子理论本身展开实验检验，在更深层次上为认识量子物理的基础科学问题、拓宽量子力学的研究方向做出重要贡献，促进整个物理学的发展。
围绕实现上述重大科学目标，量子科学实验卫星将系统性地对量子科学实验、航天卫星平台、星上有效载荷和地面科学终端进行研究，开展卫星平台和有效载荷的关键技术攻关、方案研究与原理模样研制、初样研制和正样研制。
四大实验
为实现科学目标，需借助于卫星平台，在广域范围开展量子密钥分发、广域量子密钥网络、量子纠缠分发和量子隐形传态四项重要的科学实验。
1.星地高速量子密钥分发实验
星地高速量子密钥分发实验的目的是在高精度捕获、跟踪、瞄准系统的辅助下，在实现地面与卫星之间建立超远距离的量子信道的基础上，进行卫星与地面之间、基于诱骗态和基于纠缠的量子密钥生成和分发，实现卫星与地面之间以量子密钥为核心的绝对安全的保密通信试验，从而为建立全球范围的量子通信网络打下技术基础。具体实验方案为：
发射端按照诱骗态方案，随机偏振编码单光子信号，接收端随机选择两组偏振基矢进行测量，并记下所测的结果和所选的基矢；当传送了足够数量的光子比特之后，接收端和发射端在经典通道上讨论测量时用的是哪组基，将基矢选择不同的结果全部扔掉；接收端将测量结果取一部分出来在经典信道公布出来供发射端校验。
如果这个校验序列的出错率在正常范围内，那就说明整个序列是安全的，并不存在窃听，这时双方即可将保留的与偏振态对应的随机比特序列作为初始码，初始码经过隐私放大等提纯过程得到绝对安全的最终码。此时接收端和发射端之间就共享了一串绝对安全的随机数序列（密钥）。
量子密钥产生后，通信双方即可进行保密通信。发送方采用生成的密钥Key，将要发送给接收方的明文通过某种加密规 |
