墨子号：验证量子密钥分发可行性，推动空间科学发展

墨子号的全称是“量子科学实验卫星”，顾名思义，以科学实验为主要任务。在地面，我国量子通信的光纤城域网已经趋于成熟，创造了量子密钥分发安全距离达到404公里的世界记录。为了将量子通信在更远的距离上应用，有三种方式可以选择，一种是利用量子中继，一种是利用可信中继，另一种就是利用自由空间信道，即量子卫星。我国科学家已经在量子中继的核心——量子存储器上获得了世界上综合性能最好的结果，但是量子中继离实用化还有一段距离，它的难度堪比量子计算机。可信中继技术比较实用化，基于此已经建成了京沪干线。最后一个选择，利用量子卫星来建立量子通信网络，可以在全球范围内覆盖各类海岛、远洋船舶、驻外机构等光纤难以或者无法到达的地方，保障我国在全球范围的信息传输安全。

我国于2016年8月发射的“墨子号”量子科学实验卫星，在2017年星地量子密钥分发的成码率已达到10kbps量级，成功验证了星地量子密钥分发的可行性。目前经过系统优化，密钥分发成码率已能够达到100kbps量级，具备了初步的实用价值。因此很多部门希望能够将星地密钥分发应用于其现有的加密体系中，进一步提升信息传输的安全性。同时，我国科学家也在针对“墨子号”存在的问题，深入的进行关键技术攻关，有望在未来突破地影区的限制，实现全天时量子密钥分发，进一步提升量子密钥分发的速率、降低设备成本、提高设备可靠性，为未来量子密钥分发大规模应用奠定技术基础。

“墨子号”还有非常重要的基础科学目标，那就是开展量子物理基本问题检验：通过千公里量级的量子纠缠分发，能够首次在空间尺度检验量子力学的非定域性，并利用量子纠缠在地面和卫星之间实现量子隐形传态。2017年“墨子号”已经圆满完成了这两个目标。这两项科学成果使得人类首次具有在空间尺度开展量子科学实验的能力，为未来在外太空开展广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验做好了必要的技术准备，成为我国在基础物理学领域对世界的一项重要贡献。

同时还有望进一步推动空间科学的发展，如美国物理学家Paul Kwiat在“墨子号”发射之前所展望的，利用空间量子隐形传态、远距离时频传递等技术有望将分布在全球各个地方的望远镜整合在一起进行联合测量，从而构成一个有效口径约地球大小的超级望远镜，“这样的望远镜其理论分辨率将能够看清木星卫星上的车牌”（……“You could not just see planets，” says Kwiat， “but in principle read licence plates on Jupiter’s moons.”）