话题四 “墨子号”星
一、阅读下面的文字，完成文后题目。 材料一：
中国从“墨子号”的投资中获得了回报，完成了从卫星到地面的量子密钥分发，以及从地面到卫星的量子隐形传态。中国凭借在《自然》周刊上发表的这两项成果确保了在量子通信这一未来通信技术领域的至上地位。该技术主要可以提升通信过程中的安全性。
这枚科研卫星于2016年8月16日发射，在距离地球500公里至1 200公里处的低轨运行，中国科学技术大学教授潘建伟带领的团队完成了三大实验：量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发，此前这些实验仅在地面的光导纤维中完成过。
(摘编自《中国已成量子通信技术先驱》，2017年8月16日《参考消息》)
材料二：
中国仅用一年时间完成既定二年的科学目标，“墨子号”量子科学实验卫星取得的成绩让科学家们备受鼓舞。他们提出新目标：构建量子通信全球组网。量子是构成物质的最基本单元，具有不可克隆和不可分割的特性。换句话说，若以量子作为载体来传递密钥，窃听必然会被发现。2003年，中国科学技术大学教授潘建伟团队提出利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案。
2016年8月16日成功发射的“墨子号”是这项计划的“第一步”。卫星已相继完成星地高速量子密钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐形传态实验三大科学目标，成为量子通信通向实用化的“关键一步”。
潘建伟说，“墨子号”的星地高速量子密钥分发实验是由卫星发射量子信号，再由地面接收。实验结果表明，在1 200公里的通信距离上，卫星平均每秒发送4 000万个信号光子，一次实验可生成300千比特的密钥。这项成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了技
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术基础。“墨子号”的地星量子隐形传态实验则是由地面发射纠缠光子，再由卫星接收。这项成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究等奠定了技术基础。
中国科学院上海技术物理研究所研究员王建宇说，实现量子通信全球组网所需的卫星个数取决于用户需求和卫星轨道，“如果是在地球同步轨道，理论上有三颗卫星就能覆盖全球”。他认为从实用角度来说必须要构建由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，卫星发送密钥的时间也将从当前“墨子号”每次过境开展实验的10分钟延长到数个小时。
潘建伟说：“如果国家支持发射多颗量子通信卫星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的广域量子通信网络。”面向全球，中国科学家正在基于“墨子号”与国际同行开展合作，下一步将与欧洲量子通信团队联合进行洲际量子密钥分发，德国、意大利等国的地面站也正在为与“墨子号”对接做准备。
(摘自《中国科学家提出构建“量子通信全球组网”》，
2017年8月10日《中国新闻》)
1．下列有关科学家对量子通信技术应用的解说，不正确的一项是( )
A．科学家利用量子不可克隆和不可分割的特性，以量子作为载体来传递密钥，从而构建的量子通信网可以提升通信过程中的安全性。
B．“墨子号”量子通信实验进一步论证了量子通信无法被窃听，所取得的成绩让科学家们备受鼓舞，于是他们提出了“构建量子通信全球组网”的新目标。
C．早在“墨子号”量子科学实验卫星发射之前，中国科学家就提出了利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案。
D．有科学家认为，理论上在地球同步轨道上发射三颗由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，就可以构建覆盖全球的量子通信网络。
2．下列对材料相关内容的概括和分析，不正确的两项是( )
A．潘建伟带领的团队完成了“墨子号”通信实验中的“量子隐形传态、量子纠缠分发和量子密钥分发”三大既定科学目标，为我国未来继续引领世界量子通信技术发展的研究奠定了坚实的基础。
B．中国在《自然》周刊上发表的两项成果包括从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态，确保了中国在量子通信技术领域的世界领先地位。
C．我国如果要建成全球化的广域量子通信网络，就要发射多颗量子通信卫星，这样才有希望在2030年之前继续保持这一领域的世界领先地位。
D．卫星由于具有方便覆盖整个地球的独特优势，是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径，这在“墨子号”量子通信试验中得到了验证。 E．我国在量子通信研究领域一直保持着领跑优势，但竞争日趋激烈，欧洲的德国、意大利等国也在加紧研究并与中国“墨子号”量子通信实验做星地对接准备。 3．根据上述材料，概括说明构建量子通信全球组网必须具备哪些条件。
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答：
二、阅读下面的文字，完成文后题目。 材料一：
中国首颗量子卫星“墨子号”在不到一年的时间里就完成了原定两年完成的星地高速量子密钥分发、量子纠缠分发和地星量子隐形传态实验三大科学目标。科学家制订了后续拓展实验计划，进一步探索量子通信技术研究与应用，并筹划发射数颗量子卫星，构建全球量子通信网络。
量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟介绍，其团队下一步将与欧洲量子通信团队合作进行洲际量子密钥分发。目前已经顺利完成与奥地利格拉茨地面站的对接测试，正在开展量子密钥分发实验，8月底将具备洲际量子保密通话的条件。
潘建伟说，中国与德国和意大利等国的洲际量子密钥分发合作也正在计划中。德国、意大利的地面站预计在2017年年底做好开展相关实验的准备。这表明“墨子号”不仅可跟中国的设备对接，也可与世界其他国家符合要求的设备对接。此外，科研团队还将努力实现量子通信与经典光通信相融合的安全信息传输，与有需求的用户对接，开展量子通信现实应用。
潘建伟说，目前“墨子号”实现的天地量子密钥分发有个前提，就是“墨子号”必须可靠，因为密钥是“墨子号”发送的，如果“墨子号”把密钥泄露出去，那么整个过程就不安全了。他说，科研团队下一步还要开展基于量子纠缠的远距离量子密钥分发实验。一旦成功，将最终实现所有密码学者梦想的“圣杯”。他希望这项工作今年能够完成。
在更长远的规划中，中国科学家的目标是建立全球化的量子通信网络。
量子卫星工程常务副总设计师兼卫星总指挥王建宇说，单颗低轨卫星无法直接覆盖全球。目前“墨子号”一次过境开展实验的时间约为10分钟。如果卫星在1万公里的轨道上，那么发送密钥的时间就可持续几个小时。如果卫星在3.6万公里的轨道上，地球的三分之一就能一直看到卫星，这些地方就在任何时候都可以保密通信。所以理论上有三颗高轨卫星就能覆盖全球。
“所以‘墨子号’只是一个起点，从实用的角度来说，必须要构建由高、中、低轨道卫星组成的量子星座，建立覆盖全球的量子通信网络。”王建宇说。
然而，目前“墨子号”的量子密钥传输只能在地影区，也就是没有日光干扰的黑夜进行。“我们需要攻克全天时量子通信技术以及获得更高衰减信道下的量子通信能力。这是我们下一步实现全球量子保密通信必须要走的道路。”量子卫星科学应用系统总设计师、卫星系统副总设计师彭承志说。
最近，潘建伟、彭承志等科学家已经在地面实验中取得突破，在国际上首次成功实现白天远距离(53公里)自由空间量子密钥分发。这一突破验证了日光条件下星间和星地之间量子密钥分发的可行性，为未来构建基于量子卫星的星地、星间量子通信网络扫清了一大关键技
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术障碍。
潘建伟说：“这证明卫星组网突破地影区限制是可行的，下一步我们会围绕这个方向进一步开展相关工作。”“我们希望通过10年左右的努力，最终能够构建完整的空地一体广域量子通信网络体系，在国防、政务、金融和能源等领域广泛应用，并与经典通信网络实现无缝对接，推动形成具有国际引领地位的战略性新兴产业和下一代国家信息安全生态系统。也希望进一步探索对广义相对论、量子引力等物理学基本原理的检验。”“如果国家支持发射多颗量子通信卫星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的广域量子通信网络。”
(2017年8月10日新华社)
材料二：
近日，《自然》(Nature)杂志的物理科学主编卡尔·齐姆勒斯感慨“这(‘墨子号’成功实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态)是十分令人激动的消息”，并给出评价：“以前人们会说量子技术的极限在天边，但这说法其实有些保守了。”潘建伟团队这些实验中，量子技术就已经突破“天空的限制”，并将应用型量子通信技术方面的研究提升到如此的“天文高度”。
一、量子密钥分发
与经典通信不同，量子密钥分发通过量子态的传输，在遥远两地的用户，可共享无条件安全的密钥，利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密——这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。
这其中一个重要的研究内容，就是量子密钥分发。所谓密钥分发实验，要以量子力学一些“原理”的成立为前提。比如，“量子不可克隆定理、量子不可分割”，使得“存在窃听必然被发现”，而量子的“一次一密，完全随机”，又让“加密内容不可破译”成为现实。
卡尔·齐姆勒斯也提到，量子密钥是保障通信极高保密性的关键。他说：“在没有密钥的情况下，是无法读到这些通信的，如果有他人窃听了你的密钥，量子力学的原理保证了你一定会知道，从而你通信的安全性又上了一层楼。”
如今，这种量子密钥分发的设想，在更远的距离即千公里级完成了实验。
具体来看，量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，地面接收的方式，“墨子号”量子卫星过境时，与河北兴隆地面光学站建立光链路，通信距离从645公里到1 200公里。
根据“墨子号”实验结果，在1 200公里通信距离上，卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4 000万个信号光子，一次过轨对接实验可生成300kbit的安全密钥，平均成码率可达1.1kbps。
这些数据背后有一个对比结果，即“星地量子密钥”的传输效率，比传统的技术——也就是同等距离地面光纤信道，要高出20个数量级，即提升万亿亿倍。
《自然》杂志的审稿人称赞星地量子密钥分发成果是“令人钦佩的成就”和“本领域的一个里程碑”，并称“毫无疑问将引起量子信息、空间科学等领域的科学家和普通大众的高
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