“墨子号”之后，中国空间量子科学往哪走？

“低轨量子密钥卫星组网、中高轨量子科学实验平台是未来主要的发展方向。”10月15日，在第三届中国空间科学大会上，中国科学院院士、中国科学院大学杭州高等研究院院长王建宇说。

2016年8月16日，在中国科学院空间科学先导专项一期的支持下，我国完全自主研制的世界首颗量子科学实验卫星——“墨子号”量子科学实验卫星发射成功。“墨子号”运行期间在国际上率先开展了系列空间量子科学实验，首次实现了洲际量子通信。

在我国成功实施“墨子号”量子卫星的引领下，欧美国家迅速加强了空间量子科学乃至整个量子信息领域的布局。2017年11月，美国宇航局（NASA）发布空间基础量子物理白皮书，致力于在量子相干与量子纠缠、量子精密测量、量子物质等领域实现突破；欧洲空间局（ESA）也发布了空间量子技术白皮书，目标是在量子通信、基于量子相干测量的时频传递与对地观测、基础量子物理实验等领域实现突破。

“过去七八年里，国际上提出了很多量子科学探测卫星计划，但是，到目前为止，全面系统进行量子通信实验的卫星还没有，大多是小型或者单向的量子实验。”王建宇说。

他介绍，以“墨子号”积累的优势为基础，我国科学家正在国家科技创新2030——“量子通信与量子计算机”重大项目的支持下，筹划和开展下一代空间量子科学实验。

“从空间平台来说，我们正在从低轨平台，走向中高轨平台。”王建宇说。

在低轨平台上，科学家计划组建低轨量子密钥卫星网络。

2022年7月，我国发射了世界首颗量子微纳卫星，卫星重量只有“墨子号”的六分之一，结合激光通信实现密钥时效性提高2到3个数量级。“未来，可以由多颗卫星组成低轨量子密钥卫星网络，为我国提供保密通信和密钥分发服务。”王建宇说。

在中高轨平台上，科学家将开展量子科学实验卫星项目，并建立包含卫星系统、科学应用系统、地面支撑系统、运载系统、发射场系统、测控系统的中高轨量子卫星工程系统。

王建宇介绍，中高轨量子科学实验卫星项目的目标是进行万公里全天时量子通信实验，并于经典通信网络进行无缝衔接，为量子通信的广泛应用奠定基础；在中高轨平台进行时频对比实验，开展基于光标的新一代时间频率基准的国际合作研究；进行地球尺度量子力学完备性检验实验，探索引力场中的量子效应检验、引力红移测量等新方法。

“中高轨量子科学实验卫星会比‘墨子号’复杂得多。”王建宇说，中高轨量子科学实验卫星对星地光路对准、星载量子光源、系统偏振保持、近衍射极限量子发射等方面提出了更高要求，而且对微振动抑制技术等关键技术有新的需求。

此外，王建宇表示，我国科学家还希望能够有机会在地月轨道上开展有观测者参与的贝尔实验、基础物理检验等；在深空探测中开展空间引力波探测、暗物质探测、量子引力探测等。

“未来，量子科学在空间领域有发展前景广阔。”王建宇说，“空间量子科技具有重要的应用及科学价值，我们已经取得了重要突破。空间量子科技涉及多项交叉关键技术，对空间光通信、深空探测、空间引力波探测等也具有重要的借鉴意义。”

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王建宇院士。中国空间科学学会供图