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       科學(xué)的真理不應(yīng)在古代圣人那蒙著灰塵的書(shū)上去找，而應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)中和以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的理論中去找。真正的哲學(xué)是寫(xiě)在那本經(jīng)常在我們眼前打開(kāi)著的最偉大的書(shū)里面的。這本書(shū)就是宇宙，就是自然本身，人們必須去讀它。    —伽利略（G.Galilei）

       10.8節(jié)已介紹了光纖傳輸量子通信。在光纖信道中光子的傳輸存在著固有損耗，在1550nm波段這個(gè)損耗的典型值為0.2dB/km，同時(shí)由于光纖的雙折射效應(yīng)（見(jiàn)2.3.4節(jié)），長(zhǎng)距離傳輸后光子的相干性變得很差，因此光纖量子通信的通信距離也逐漸到達(dá)了瓶頸。相對(duì)于光纖信道，光子在自由空間傳輸過(guò)程中的衰減更小，而且大氣中幾乎不存在雙折射效應(yīng)，這也使得基于自由空間的量子通信近些年發(fā)展迅速。

        1989年，Bennett等人首次在桌面平臺(tái)上完成了量子密鑰分發(fā)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，通信距離為32cm。        2005年，潘建偉小組在合肥實(shí)現(xiàn)了13km的雙向糾纏光子分發(fā)，在國(guó)際上首次驗(yàn)證了糾纏光子穿越等效大氣厚度的可行性。

圖12.5.1青海湖湖心島的百千米級(jí)量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)

        2007年6月，一個(gè)由奧地利、英國(guó)、德國(guó)研究人員組成的小組進(jìn)行了大氣量子通信距離144km實(shí)驗(yàn)。因?yàn)榇髿馊菀赘蓴_光子脆弱的量子狀態(tài)，而要達(dá)到更遠(yuǎn)的通信距離就很難。由于大氣隨高度增加而日趨稀薄，乘衛(wèi)星旅行數(shù)千千米穿過(guò)的大氣只相當(dāng)于在地面上旅行8km。因此，科學(xué)家們想出了通過(guò)人造衛(wèi)星發(fā)送光子的解決辦法。

       2012年，潘建偉小組在青海湖實(shí)現(xiàn)了101km的自由空間量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)，如圖12.5.1所示。

       2018年1月，潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、國(guó)家天文臺(tái)等，與奧地利科學(xué)院AntonZeilinger研究組合作，利用“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，在中國(guó)和奧地利之間首次實(shí)現(xiàn)距離達(dá)7600km的洲際量子密鑰分發(fā)，并利用共享密鑰實(shí)現(xiàn)加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信，如圖12.5.2所示。該成果標(biāo)志著“墨子號(hào)”已具備實(shí)現(xiàn)洲際量子保密通信的能力，為未來(lái)構(gòu)建全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖12.5.2中國(guó)和奧地利科學(xué)家進(jìn)行的洲際量子保密通信網(wǎng)絡(luò)示意圖