潘建伟等在《现代物理谈论》宣布总述论文：牢牢占有空间量子科学研讨主导引领位置

  潘建伟及其搭档彭承志、陆向阳、曹原应邀在世界物理学总述期刊《现代物理谈论》上宣布题为“根据‘墨子号’卫星的空间量子试验”的长篇总述论文。

  论文从量子信息理论的基本概念、前期量子通讯和量子信息相关原理性试验、面向卫星的地上大空间标准验证试验，以及“墨子号”卫星从立项、研发、在轨运转到终究在世界上首先完结一系列星地量子科学试验，进行了体系性的论述和总结。一起，该总述论文还对世界空间量子科学的研讨进展进行了整理。

  量子通讯根据量子物理学的根底原理，战胜了经典加密技能内涵的安全危险危险，是迄今为止唯一被严厉证明是无条件安全的通讯方法，能够从根本上处理国防、金融、政务、商业等范畴的信息安全问题。量子通讯一般会用单光子作为物理载体，最为直接的传输方法是光纤或许近地上自在空间信道。可是，这两种信道的损耗都会跟着间隔的添加而指数式添加，近地大气信道还会遭到地球曲率的影响。因为量子不行克隆原理，量子通讯的信号不能像经典通讯那样被扩大，这使得之前量子通讯的世界纪录只要百公里量级。因而，怎样来完结安全、长间隔、可实用化的量子通讯是该范畴的最大挑战和世界学术界几十年来斗争的一起方针。

  因为外太空简直真空，关于光信号的吸收损耗简直为零，因而通过卫星的辅佐能够极大扩展量子通讯间隔。本世纪初以来，该方向已成为了世界学术界剧烈比赛的焦点。潘建伟团队为完结星地量子通讯展开了一系列前驱性的试验研讨。2003年，该团队提出了使用卫星完结星地间量子通讯、构建掩盖全球量子保密通讯网的方案，随后于2004年在世界上初次完结了水平间隔13公里（大于大气层笔直厚度）的自在空间双向量子羁绊分发，验证了穿过大气层进行量子通讯的可行性。2011年末，中科院战略性先导科技专项“量子科学试验卫星”正式立项。2012年，潘建伟领衔的中科院联合研讨团队在青海湖完结了首个百公里的双向量子羁绊分发和量子隐形传态，充沛验证了使用卫星完结量子通讯的可行性。2013年，中科院联合研讨团队在青海湖完结了模仿星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发试验，全方位验证了卫星到地上的量子密钥分发的可行性。随后，该团队通过艰苦攻关，战胜种种困难，终究成功研发了“墨子号”量子科学试验卫星。

  “墨子号”卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空，通过四个月的在轨测验，2017年1月18日正式交给展开科学试验。

  潘建伟团队使用“墨子号”量子卫星在世界上首先完结了一系列具有创始含义的星地量子科学试验：完结了星地量子密钥分发、北京到维也纳的洲际量子密钥分发，根据羁绊的无需可信中继量子密钥分发，并进一步在量子保密通讯京沪干线与“墨子号”量子卫星之间成功完结了对接，验证了星地广域量子通讯的可行性；完结了星地双向量子羁绊分发试验，调查到了星地间千公里间隔的严厉满意爱因斯坦定域性条件的Bell不等式的破缺，验证了空间标准量子羁绊的存在和量子力学根底原理的正确性；完结了首个地星量子隐形传态以及星地量子态长途传输，证明了在地星千公里间隔上能完结量子比特的传输，为全球化量子信息处理网络奠定了根底；在完结了广域量子通讯和量子力学基本问题查验的既定科学方针后，还在空间量子科学试验的其他方向展开了探究作业，使用上行量子信道，对一类预言引力场导致量子退相干的理论模型进行了试验查验，迈出了探究量子力学与广义相对论相交融的试验查验的第一步；将量子通讯技能与量子精细丈量技能相结合，完结了星地安全时频传输试验，验证了在空间标准展开广域光频标研讨的可行性。

  这些空间量子科学试验效果使我国第一次在空间科学研讨范畴走到了世界最前列，牢牢占有了空间量子科学研讨范畴的主导和引领位置。

  “墨子号”的成功鼓励了世界空间量子科学的研讨热潮，美国、欧盟、日本等世界上的各方力气随后皆开端探究自己的广域量子通讯之路，提出或加快了一系列空间量子科学布局。

  “墨子号”量子卫星项目的成功施行，进一步激发了全球关于空间量子试验的比赛热心。2017年，美国国家航空航天局（NASA）发布了关于未来空间量子物理开展方面的白皮书，以期在新一轮空间量子科学开展中从头树立“美国抢先”。 同期欧洲航天局（ESA）也发布了空间量子技能的白皮书。在“墨子号”成功发射之后，世界各大强国纷繁开端了自己的量子卫星研发，推出了根据低轨迹小型化量子卫星的方案和时间表。

  2021年6月，美国、英国、日本、加拿大、意大利、比利时和奥地利7国更是在G7峰会上达到协作，初次方案联合开发一个根据卫星的量子加密网络——“联邦量子体系”（FQS），使用量子技能的打破来防备日益杂乱的网络进犯等。

  论文的最终，作者对未来空间量子科学的首要开展趋势进行了展望，提出空间量子科学研讨必将从低轨迹渠道跨越到中高轨渠道，乃至是深空渠道。在此根底上，使用中高轨卫星渠道掩盖规模广、试验时间长、微重力环境好等优势，将空间量子通讯技能一起穿插使用于远间隔高精度时频传递和空间超冷原子物理等范畴，在量子精细丈量、量子物理与广义相对论交融等根底科学问题方面获得更丰厚的科学产出。

  因为在远间隔量子通讯特别是“墨子号”量子卫星方面所获得的一系列具有创始性含义的作业，潘建伟等受邀为《现代物理谈论》撰写了这篇46页的总述论文，全面介绍了世界空间量子科学研讨近二十年来获得的成果，要点论述了“墨子号”量子科学试验卫星从前期关键技能攻关，包含卫星体系、科学使用体系等六大体系的量子科学试验卫星的建造和研发，到卫星在轨运转后所获得的体系性科研效果，为世界学术界供给了名贵的材料。

  据悉，《现代物理谈论》是世界物理学界最威望的总述性期刊，每年仅宣布约四十篇学术论文。该期刊一般不接受自在投稿，首要是邀请在各范畴卓有建树的物理学家执笔，旨在对当今物理研讨的严重热点问题做前史总结、原理论述、现状剖析和趋向猜测。此论文是潘建伟团队在该期刊上继2012年的“多光子羁绊和干与衡量学”以及2020年的“根据实际器材的安全量子密钥分发”之后的第三篇总述论文。