我这日的分享，是愿望这些音讯能传达给每一个体。可是，又有极少音讯我不并愿望别人领会。好比正在网上采购时我的银行账号和暗号，再好比交兵中指示官给前哨士兵下达的指令，这些音讯要做到保密。

　　何如保密呢？咱们能不行把思传达的音讯放到箱子里，再加把锁，然后让速递员送到对方手中呢？如此有钥匙的人就能把锁翻开，把音讯还原出来。这原来便是最原始的加密妥协密流程。

　　正在2000多年前，希腊的斯巴达人就起先行使这个道理了。最初原来很纯粹，他们不再直接把我方要传达的音讯写到纸上，而是让这个纸条先绕着一根木棒回旋，然后再正在上面写字。

　　传送的时辰只把这张纸送到对方手中，这个木棒是不传出去的。当别人看到纸条时，内部的音讯都是乱的，看不出要表达的音讯是什么。但当罗致的这个体拿同样规格的棒子用它纠葛起来后，就能读出原本的音讯。固然这个加密体例斗劲纯粹，但它开启了暗号学的史册。

　　到了二战岁月，加密的方法就变得极端庞大了。德军的恩尼格玛（Enigma）暗号体例有一亿亿种组合，大多很难把它破解出来。那是不是就没有了破解的体例呢？原来不是的。

　　当时，英国科学家图灵和他的团队发了解“炸弹”这个强健的解密装备。它是一个速率极端速的打算机，破解了德国人引认为豪的恩尼格玛暗号体例，加快了二战的完毕。

　　也便是说，暗号和打算机造成了好像于矛和盾的联系，暗号就相当于盾，而矛便是打算机。实质上，目前的古板暗号编造基于一个叫做打算庞文雅的题目。兴趣便是暗号规定上是可能被算出来的，可是须要打算机花上百年、上千年。好比说我的银行账号暗号固然可能被算出来，但可以上百年之后本事取得结果，到那时辰原来一经没存心义了，账号内部早就没有钱了。

　　然而，现正在的超等打算机，蕴涵环球正正在研造的量子打算机为代表的超强打算才智对古板的暗号体例提出了一个极端大的离间。表面上讲，量子打算机可能破解扫数的RSA类非对称的古板暗号编造。

　　量子是能量的根基率领者。好比我头顶上这个灯胆可以有100瓦，当你用一个衰减器使它一直衰减，衰减到1020、1021的时辰，可能看到它是一份一份蹦出来的能量，叫做光子。

　　这个离散的、量子化的理念推动了量子力学的咨询，于是才有了现正在量辅音讯规模的开展。没有量子力学，可以就没有当代芯片，没有激光，也不会有咱们现正在这么简单的音讯社会。

　　正在这个流程中，量子不行分裂和不行克隆的特色正好又予以了咱们一个新型的传送密钥的方法。总体来讲便是，发射端把音讯用一个个的光子编成0和1的形态，然后传送到罗致端。罗致端拿到的这个光子的信号，另表窃听者是拿不到的，况且也没有被拍照机拍过。用它勾结一次一密的加密体例得出来的这种加密体例，就算用再强健的打算机也破解不了。

　　这个思法原来正在1984年的时辰就由贝纳特（Bennett）和布德（Brassard）两位科学家提出过，他们也是受了20世纪60年代一位科学家提到的量子钞票的影响。

　　固然量子钞票咱们还没有造出来，可是正在这个思思的策动之下，科学家们提出了量子密钥分发。接下来，能不行通过实行让它真正成为一个能保密的体例呢？

　　左边是思法提出5年后的第一个实行里，这个人例本事传输32厘米。或许20年往后，光纤音讯通道隔绝就被做到了100公里，开启了家产化咨询。那诈骗光纤的体例能把量子密钥做到千公里、万公里级别吗？这内部的离间极端大。

　　光纤好像一个水管，光子正在内部传输的流程中会被水管给吸取掉，这原来便是损耗。这个损耗或许有多少呢？100公里之后，光子数只剩下到原本的百分之一，200公里往后就唯有原本的万分之一了。到1000公里往后就有1后面20个0的一个损耗。于是要做到更远险些不行以。

　　咱们能看到远处的恒星，能探测到数亿光年的星光，是由于正在太空的真空境遇下，光子的损耗险些可能漠视不计。那么，有没有可以诈骗这个特色，勾结卫星完毕更远隔绝的密钥传送呢？

　　这原来便是咱们最起先的思法。当然，尽管真空里险些没有损耗，但从卫星把光子打到地面实行探测，还须要穿过中心的大气。

　　是以，咱们的第一个实行便是要探究光子穿过大气之后，量子的形态还能不行得以仍旧。这个实行或许是正在2003-2005年竣事的，初次注了解这个事项有完毕的根底。

　　那时辰我还正在上本科，学过量子力学的课程。固然考过90分支配，可是我对量子力学内部的极少观点仍是感觉苦恼，有极少苍茫，原来可以跟大多第一次听到量子这个观点时相通。

　　很走运的是，我正在读咨询生的时辰，就思把我的电子体例这个专业和卫星勾结起来。正正在这时，思做卫星量子通讯的潘修伟先生团队和我的导师王修宇先生的团队修设了互帮，由于咱们有极少极端好的卫星本事。

　　咱们最初思做的闭头中心是什么呢？便是要把天上的光子正确地“扔”到地上的千里镜里。千里镜不行以无尽大，于是就要扔得极端准。好比上海到广州之间或许1200公里，指向的正确度咱们愿望能左右到1米支配，好像于卫星上一个手电筒打过来的光斑尺寸或许也就12米，如此就能有用左右星地之间的损耗。

　　最早的时辰，海表有的好像的本事，但咱们的目标恳求更高，一起先咱们也愿望从海表进口，可是他们不卖给咱们中国。于是王先生带着咱们几个学生，像草根相通，从0起先把它做起来。

　　咱们花了2年多的岁月，正在成都验证了本事上的可行性。这是当时三十几度时，咱们正在一个篮球场旁边戴着凉帽做实行的照片。当时大多内心都极端喜悦，由于咱们做出了一个原本以为不行以的事项。

　　把跟踪对准本事和量子信源探测器等协调之后，咱们造成了真正的量子密钥分发装置。可是，仅仅正在实行室验证仍是不敷的。

　　于是，咱们就思着要模仿卫星到地面的远隔绝损耗，还要模仿卫星飞来飞去的相对运动，于是咱们把它搬到了青海的这个试验场里，把它放到了车上、吊车、吊篮上面验证。

　　除此以表，咱们还把它放到了大的浮空热气球等各类境遇里，让它正在远隔绝下相对运动，由此来验证咱们这个实行终究能不行做成。

　　做这个实行的时辰仍是挺辛劳的。这个实行只可黑夜做，白日咱们要不断地打定。正在表场时咱们根基都是坐正在草地上，饿了就吃点干粮，黑夜良多时辰都是彻夜。

　　咱们从5月起先做实行做到了10月，直到所有青海湖都结冰了，才结果造服了各类开发的担心闲性、境遇的各类扰乱等等，竣事了实行验证。恰是由于这些数据，表了解卫星是具备可行性的。

　　到2011年，正在“墨子”号的提出者和首席科学家潘修伟先生的率领下，咱们竣事了宇宙首颗量子科学实行卫星的立项。

　　除了星地的量子密钥分发实行以表，卫星又有其它的两个科学标的，即量子隐形传态和量子轇轕分发的实行。

　　以前咱们这种周详开发都处正在实行室的恒温、恒湿境遇里，连战栗也没有。可是搬到卫星上后，没有人可能上去维修。而宇宙里的射线、太空境遇的坎坷温和真空、火箭发射时激烈的战栗等等都磨练着开发。咱们必定要确保这个开发十拿九稳。于是，咱们打了5年的“怪兽”，最终处置了这些题目。

　　2016年，咱们凯旋地把“墨子”号卫星奉上了天之后，随后紧锣密胀地发展了卫星到地面的星地实行。

　　咱们或许花了四五个月的岁月采撷竣事了星地量子密钥分发的实行数据。这个成就正在2017年7月宣告正在了《天然》（Nature）杂志上，完毕了国际初次星地量子密钥分发实行。正在1200公里的隔绝上，跟划一隔绝的光纤信道比拟，咱们的光子密钥分发功效提拔了20个数目级。

　　咱们做成这件事之后，良多国度也都思做，此中有潘修伟先生的导师奥地利科学家安东·塞林格（Anton Zeilinger）教师。他们当时也思做这个，但咱们斗劲竭力，决议也斗劲速，把这个先做成了。

　　咱们的实行竣事了之后，塞林格教师就再接再励地飞到中国来，哀告插足咱们团队。咱们帮他一齐改造了他们的一个地面站，完毕了星地密钥分发。

　　同时，咱们用卫星互联了欧洲和亚洲这两个地面开发，声援了量子保密通讯的聚会。这个成就正在2022年的诺贝尔奖颁发会上行为规模的一个紧张成就实行了呈现。

　　“墨子”号和量子隐形传态、量子的轇轕分发实行成就一齐点燃了国际上的咨询热心，欧洲、美国也极大地加大了这个规模的组织，各类设计也被提出来了。

　　实质上，“墨子”号还只是一个实行装备，本钱、体积、功耗都还斗劲大。若是是要用它传送暗号，以它的效劳才智来讲，效劳的用户仍是有限的。

　　除此以表，它还只可黑夜干活。这也是咱们当时正在青海湖做实行时时常吐槽的一件事项。有时辰白日只可做大凡的打定处事，黑夜才是焚膏继晷的毗连。咱们思要的便是更多的效劳才智，咱们思像SpaceX相通发射更多卫星。但更多的卫星就意味着更多的本钱，那单星的本钱能不行降下来呢？

　　于是，咱们又花了几年岁月把“济南一号”卫星的尺寸压低到了“墨子号”的6分之1，成为百公斤级的卫星。国内要把卫星打到太空的每公斤本钱或许正在10万块钱支配，这个本钱还正在联贯低落，但卫星越幼老是本钱越低。

　　为剖析决题目，咱们只可迎难而上。这个流程中浮现出了极少极端优异的伙伴。像2022年正在发射前的总装总调症结，也由于疫情来由，有工程师或许80来天都待正在实行现场，向来都回不了家。

　　正在2022年7月份，“济南一号”卫星凯旋奉上了天，之后还竣事了和地面的互联，完毕了及时密钥分发。同时，咱们诈骗光的信道竣事了星地之间的光通讯。也便是说，除了送密钥，同时还可能传达加密的密文。

　　咱们前面提到白日为什么做不了实行。原来很纯粹，白日大多不消戴什么夜视仪就可能看到良多东西，这是由于有太阳光，有各类各样的散射。关于量子密钥分发来说，也便是关于以量子的体例用光子来实行千公里的传送和探测解码这件事来说，这是一个极其大的噪声。白日靠山噪声的光子强度或许是夜晚的105-106量级，须要占据极端多的闭头本事。

　　攻破这个题方针好处会是什么呢？关于低轨的卫星来说，它们或许正在50%的岁月里受太阳映照，若是咱们占据了白日噪声境遇下的密钥分发题目，那起码白日黑夜都可能做试验了，增进了50%的实行岁月。

　　关于更高轨的卫星来说，它们被太阳映照的岁月更长。好比地球同步卫星（GEO卫星）或许正在99%的岁月里都是被太阳映照的。若是占据了白日的本事，中高轨的卫星也是有愿望能完毕的。高轨卫星就跟咱们现正在的播送电视卫星相通，三颗卫星就可能遮盖环球。本地面思跟它互联互通的时辰，它就正在你的头顶上。

　　2017年时，咱们正在青海竣事了一个演示性白日量子密钥分发实行，或许做到了白日自正在空间信道53公里。这个隔绝到现正在（2023年）为止仍旧是宇宙记载。

　　当然，咱们一经把它的实行时长和鲁棒性（持重性）进一步升级了，也便是说咱们具备了研造更高轨卫星的根底。愿望咱们能正在2026年支配把新的中高轨卫星研造出来，构修一个星地之间的量子密钥分发搜集，为咱们的音讯安详做一份功劳。

　　同时，中高轨的卫星不只仅唯有量子通讯这一种利用。咱们用极少调控本事使它也利用到了量子的其它一个规模，即量子周详衡量。咱们还可能正在上面咨询更周详的光晶格钟，能比现正在的北斗卫星导航体例或者是GPS上的钟的目标要高5-6个数目级。如此就能修设更大的、空间标准的实行平台，为发展量子根底物理的检查、暗物质的探测、引力衡量等处事供给一个新的实行平台。

　　这是一张多年前咱们和“墨子号”的合影，是我极端极端心爱的照片。咱们的咨询从0起先，海表都没有做过。最早的时辰良多人说，海表都没有做，你们为什么要做？但咱们现正在把它做成了，海表也有极端多的咨询者起先咨询咱们的极少处事。这让咱们以为，咱们走到了宇宙的最前沿。

　　咨询的流程中有极端多斗胆革新的思法，又有脚结实地的处事。没有这两者，咱们很难真正把思做的大的、国际当先的科学工程做出来。

　　咱们也会有极少不料的成果。好比正在发射卫星之前，咱们争相跟卫星照相纪念，由于往后咱们可以就看不到这个卫星了。可是“墨子号”卫星发射之后，咱们仍旧有时机像这张照片相通，跟它正在空间标准上面来一个美丽的合影。