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       科學的真理不應在古代圣人那蒙著灰塵的書上去找，而應該在實驗中和以實驗為基礎的理論中去找。真正的哲學是寫在那本經(jīng)常在我們眼前打開著的最偉大的書里面的。這本書就是宇宙，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波段這個損耗的典型值為0.2dB/km，同時由于光纖的雙折射效應（見2.3.4節(jié)），長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了瓶頸。相對于光纖信道，光子在自由空間傳輸過程中的衰減更小，而且大氣中幾乎不存在雙折射效應，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上完成了量子密鑰分發(fā)的實驗驗證，通信距離為32cm。        2005年，潘建偉小組在合肥實現(xiàn)了13km的雙向糾纏光子分發(fā)，在國際上首次驗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量子糾纏分發(fā)實驗

        2007年6月，一個由奧地利、英國、德國研究人員組成的小組進行了大氣量子通信距離144km實驗。因為大氣容易干擾光子脆弱的量子狀態(tài)，而要達到更遠的通信距離就很難。由于大氣隨高度增加而日趨稀薄，乘衛(wèi)星旅行數(shù)千千米穿過的大氣只相當于在地面上旅行8km。因此，科學家們想出了通過人造衛(wèi)星發(fā)送光子的解決辦法。

       2012年，潘建偉小組在青海湖實現(xiàn)了101km的自由空間量子糾纏分發(fā)實驗，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隊，聯(lián)合中國科學院上海技術(shù)物理研究所王建宇研究組、國家天文臺等，與奧地利科學院AntonZeilinger研究組合作，利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星，在中國和奧地利之間首次實現(xiàn)距離達7600km的洲際量子密鑰分發(fā)，并利用共享密鑰實現(xiàn)加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信，如圖12.5.2所示。該成果標志著“墨子號”已具備實現(xiàn)洲際量子保密通信的能力，為未來構(gòu)建全球化量子通信網(wǎng)絡奠定了堅實基礎。

圖12.5.2中國和奧地利科學家進行的洲際量子保密通信網(wǎng)絡示意圖