“空间量子科学领域在那些年得到了长足的发展，我们中国的贡献起了关键性作用。非常是在2011年立项了‘墨子号’量子科学实验卫星的发展之下，2016年成功发射了国际首颗量子科学实验卫星。在这颗卫星的帮助下，我们在国际上的科学实验跨越十分大。”9月24日，中国科学技术学院研究员彭承志在“2021量子信息技术学术交流会议”上进行报告时表示。
彭承志介绍道，有了卫星，能实现千公里级的量子通讯、地星量子隐型传态、星地单向量子纠缠分发等。“空间量子科学大有可为，有好多新的前沿让我们探求。”
中国科学技术学院研究员彭承志
彭承志是中国科学技术学院研究员，博士生导师，同时兼任起源于中国科学技术学院的世界首家量子科技上市公司——科大国盾量子技术股份有限公司（简称“国盾量子”，）监事长。
中科大官网显示量子通讯股票，彭承志自从事量子通讯研究以来，一直围绕着量子信源、传输通道以及侦测这三个核心问题，将光纤、自由空间两种不同信道的量子通讯实验与传统光学技术进行了融合和交叉研究，在实用化引诱态量子秘钥分发和基于纠缠的量子通讯研究方向上取得了若干研究成果。2011年，中科院空间科学先导专项量子科学实验卫星即将立项，彭承志被委任为科学应用系统总师和卫星系统总工师。
从最初的简单看法延展到空间量子科学实验的大领域
量子具有“不可克隆定律”，就是说难以做到克隆（复制）一个量子态而对被克隆的量子态不形成影响。而任何未授权方试图盗取秘钥的侦测都可以看作是一种“克隆”，这都会带来额外的误码，授权用户在后处理过程中会依据误码发觉有人监听。为此，量子通讯才能保障通讯安全。
量子通讯采用的载体是单个光子，单光子在光纤中传输不可防止地会出现一些耗损。“当时业界基本觉得：光纤量子通讯的距离很难超过100或200公里。”彭承志表示。
“所以，作为一种通讯方法，或则一种秘钥传输的形式，如何实现全球覆盖？我们自然而然就想，地面做不下去，就借助天上的卫星平台。光子在太空传输时几乎没有衰减，这些特点让我们来考虑拿来实现广域、覆盖全球的量子通讯。”彭承志表示，要做到这一点，最核心是实现光源侦测和光量子态在星地空间的传输。
“如果能做到这一点，除了可以传输相干的量子态，还可以把纠缠迁往星地空间，把原先只能在地面实验室做的近距离的量子热学非定域性检验，放在一个更广的系统上。更进一步，当量子纠缠在重力场传输时，这就跟你们关注的前沿数学问题结合在一起：广义相对论和量子热学的融合理论。并且这些量子传输还可以拿来做一些广域高精度光频标实验。”
彭承志表示，这样就从最早的远距离量子通讯问题，衍生出许多空间量子科学相关领域。那些领域共同构成整个空间量子科学实验大领域。
彭承志介绍道，2016年成功发射“墨子号”卫星，在卫星帮助下，她们在国际上率先举办了系列空间量子科学实验。她们实现了千公里级量子秘钥分发，分发速度约1kbps，比同距离光纤增强20个数目级；还实现了千公里级地星量子隐型传态，千公里级星地单向量子纠缠分发，以及空间尺度严格满足“爱因斯坦”量子热学的非定域性检验。
她们第一次借助量子卫星在月球引力场中，对尝试融合广义相对论和量子热学的模型进行检验。她们检验了“事件方式”模型的参数，在500公里轨道排除了“事件方式”理论预言的引力造成纠缠退相干现象。她们还把量子秘钥分发和时间频度的传递结合，首次实现量子安全时间传递。
“未来，通过“墨子号”、京沪干线的成功施行，我们可能率先汇聚一个共识：构建一个天地一体、广域量子通讯网路。”彭承志表示，“这张网路除了瞄准下一代信息安全的趋势，还可以给未来空间的基础科学研究提供一个特别好的平台。”
她们将促进量子通讯技术在国防、政务、金融和能源等领域率先加以广泛应用，实现量子通讯网路和精典通讯网路的无缝衔接；为产生具有国际推动地位的战略新兴产业和下一代国家信息安全生态系统奠定基础。
下一步往哪走？这是我们能够持续领先发展的关键问题
“走到这一步然后，可以说，在量子通讯领域，我们近程跟跑并跑，逐渐到了领跑位置。下一步往哪走？这是我们能不能否持续领先、发展的关键问题。回答这个问题，要看我们如今在哪。”
彭承志强调，“墨子号”卫星存在局限。“墨子号”是低轨卫星，轨道约高500公里（月球直径约6000公里），所以它对月球的覆盖范围较小；同时，它的工作时间偏短（单次过地面站的时间约9分钟），但是因为技术限制，如今只能在夜间（地影区）工作。“这极大地限制了它的未来应用，和更进一步、更有想像力的科学实验的举办。”
彭承志表示，未来发展的一个可行方向是跟中高轨量子卫星相结合。中高轨量子卫星具有一些优势，如机动的对站能力、更长的实验时间，并且还能突破地影区限制，24小时成码。
“高轨不仅可以做距离更远、覆盖范围更广的量子通讯，还可以把量子热学的非定域性检验再大步向前走。”
非定域性是指处于纠缠态的两个粒子不管彼此相距多远，都是一个互相关联整体。这是量子热学的重要性质，也是爱因斯坦指责量子力学完备性的主要诱因。
“量子热学非定域性检验一个终极的问题。要在两端侦测时引入一个‘随机’的侦测，来检验纠缠的非定域性。”彭承志表示，终极的随机可能像人类意识。为此，非定域性检验须要超远距离的量子纠缠分发，光速飞行所需的时间超过人的反应时间（约0.1秒），比如月球与地球之间（1.28光秒）。“我们可以在中高轨道上先走一步，实现万公里级相应的技术和验证，为未来真正有观测者（人）出席的检验奠定基础。”
“量子热学很有意思的一点是，人类观测者才能决定实验本身。对人类观测者来说，纠缠究竟是独立于观测存在，还是说人类观测的引入会引起纠缠特点的改变。这是我们未来要做的。”
高轨道条件下还能否探求广义相对论与量子热学融合。例如，发射高轨卫星时，首先将卫星发射到一个较低的轨道，之后逐渐到高轨上。卫星变轨，可以探求新的引力红移的侦测方式等。据悉，高轨道能够进行广域高精度时频传递，提高大地重力势检测、基础理论检验、国际基本计量单位传递能力。
国际有很多空间量子科学研究的布局，我们也没有停下
“随着‘墨子号’的推动，欧日本家也迅速降低了很多空间量子科学的研究布局。包括NASA（日本航天局）的计划、ESA（法国航天局）的计划，她们关注的方向十分清晰。”彭承志表示。
2017年11月，NASA发布空间基础量子化学蓝皮书，目标在量子相干与量子纠缠、量子精密检测、量子物质等领域实现突破；ESA发布空间量子技术蓝皮书，目标在量子通讯、给予量子相干检测的时频传递与对地检测、基础量子化学实验等领域实现突破。
2019年，欧共体专门拟定一个泛欧地面和天基量子通讯基础设施的合同；2021年G7大会，法国、英国、法国等7国联合开发基于卫星的量子加密网路“联邦量子系统”。2021年，西班牙团队，提出基于纠缠源参数优化的星地纠缠QKD策略，并在144km水平链路进行演示验证；日本Paolo小组，借助集成硅基光学芯片实现145米自由空间晚上KQD；日本海军研究实验室研究了适用于晚上自由空间量子通讯的自适应光学系统。
“所以，尽管她们嘴上说一些东西还不实用，实际上，技术实验研究仍然在做。我们也没有停出来。”
从低轨卫星的方向来看，彭承志介绍表示，她们正研发重约100公斤的微纳空间量子秘钥分发卫星，QKD荷载35公斤，预计2022年发射。“这是真正有业务价值的。”目前，中国农大等联合团队已基本完成大型化、轻量化的卫星荷载，重量从原先的几百公斤降至30多公斤。
与此同时量子通讯股票，部份早已成熟的技术也开始进行成果转化。近来，作为中国科学技术学院的产业化平台，国盾量子在原“墨子号”卫星地面站的基础上合作研制了轻量化、可搬运的地面接收系统。该系统容积由4米乘3米，重13吨，缩小至1.2米乘0.5米，重量高于100公斤。彭承志强调，大型化的地面站是未来大规模用户接入的一个关键点。
发展中高轨，则须要突破地影区的限制，这就须要高效传输、噪声抑制，以及高精度发射。她们在发展基于深度学习的新型自适应光学补偿方式、研制具备高效多模光纤接受的大口径光学望远镜，并进行星地链路测试。
她们早已在南山和北京进行了实验。“我们在几十公里、长时间、地面的验证上早已取得了突破，可以说，地面的关键技术都得到充分的验证。如今我们希望得到更多支持，在中高轨道进一步发展。”