星耀中国 我们的量子科学卫星

量子力学主宰着神秘的微观世界，与相对论并称为现代物理学的两大支柱。从应用的角度来看，它直接催生了半导体、激光等一系列关键产业，改变了人类的生活。从科学的角度来看，量子叠加和量子纠缠的本质、量子力学与相对论能否融合等前沿基本问题研究让一代代科学家前赴后继。时至今日，科学家仍在为之不懈探索。2016 年 8 月 16 日，“墨子号”发射升空，作为世界首颗量子科学实验卫星，它将人类对量子相关理论及技术的探索扩展到了空间尺度，也让我国在空间量子通信领域完成了从并跑到领跑的跨越。 

本书共 5 章，第 1 章带领大家走进神奇的量子世界，介绍量子力学发展历程及基本原理，为后续介绍“墨子号”的相关工作做铺垫；第 2 章讲述“墨子号”的诞生始末，重点介绍了科学家在地面做的一系列准备工作；第 3 章揭开“墨子号”的神秘面纱，把“墨子号”的内部构成和工作原理详尽展示出来；第 4 章讲述“墨子号”的“好朋友”——地面站，以及它们合作完成的一系列重要科学实验；第 5 章着眼“墨子号”发射之后，梳理国际上的量子卫星发展前沿，以及我国对于空间量子科学实验的未来规划。 

这是部系统、全面、细致介绍“墨子号”的图书，由打造“墨子号”的科学家团队和擅长科普的科技记者携手创作，用生动的语言讲述“墨子号”的相关知识，集科学性、知识性、趣味性于一体，适合对物理学和航天感兴趣的中小学生、大学生及大众读者阅读，有益于读者开阔视野、扩展知识面并培养科学兴趣。

印娟：中国科学技术大学教授，国家优秀青年科学基金获得者，“墨子号”量子科学实验卫星量子纠缠源载荷主任设计师。 董雪：新华社记者。长期关注量子通信、集成电路、人工智能等科技产业。 曹原：中国科学技术大学研究员。“墨子号”量子科学实验卫星量子纠缠源分系统副主任设计师，中国科学院青年创新促进会优秀会员。 张亮：中国科学院上海技术物理研究所研究员。“墨子号”量子科学实验卫星量子密钥通信机载荷主任设计师，获中国科学院杰出科技成就奖（主要完成者）。 朱振才：中国科学院微小卫星创新研究院研究员，党委书记，副院长。“墨子号”量子科学实验卫星总设计师。获上海市科技进步奖一等奖、中国科学院杰出科技成就奖等奖项。 彭承志：中国科学技术大学杰出讲席教授。获国家自然科学奖一等奖（第二完成人），国家杰出青年科学基金获得者，美国光学学会会士(OSA Fellow)。“墨子号”量子科学实验卫星科学应用系统总设计师和卫星系统副总设计师。 王建宇：中国科学院上海技术物理研究所研究员，国科大杭州高等研究院院长，中国科学院院士。“墨子号”量子科学实验卫星项目常务副总师兼卫星系统总指挥。获国家技术发明奖二等奖2项，国家科技进步奖二、三等奖各1项。 潘建伟：中国科学技术大学常务副校长、教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，奥地利科学院外籍院士，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长。主要从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究。

第 1章 神奇的量子世界 

1.1　一群物理天才的头脑风暴　16

1.2　微观世界有本量子运行手册　27

1.3　怎么用量子信息技术进行通信？　34

第　2章 世界首颗量子卫星的诞生

2.1　多国竞争：量子卫星蓄势待发　42

2.2　我国三组实验为量子科学实验卫星奠定基础　45

2.3　“墨子号”将梦想照进现实　54

第3章　揭开“墨子号”的神秘面纱

3.1　有效载荷：量子科学实验的核心　69

3.2　卫星平台：一体化设计满足有效载荷一切需求　83

3.3　在 500km 的太阳同步轨道上飞行　92

第4章　“墨子号”完成的那些重大实验

4.1　一起做实验的地面站小伙伴　98

4.2　用量子卫星实现“信息理论安全”的远距离保密通信　111

4.3　在星地尺度打破来自爱因斯坦的世纪质疑　120

4.4　地星量子隐形传态向终极梦想进击　127

4.5　利用卫星平台开展更多拓展研究　132

第5章　量子卫星未来时

5.1　备受关注的“墨子号”　136

5.2　量子国际前沿　138

5.3　中国：计划用“量子星座”覆盖地球　145

5.4　面向更广阔的未来　152

量子力学主宰着神秘的微观世界，与相对论并称为现代物理学的两大支柱。从应用的角度来看，它直接催生了半导体、激光等一系列关键产业，改变了人类的生活。从科学的角度来看，量子叠加和量子纠缠的本质、量子力学与相对论能否融合等前沿基本问题研究让一代代科学家前赴后继。时至今日，科学家仍在为之不懈探索。2016 年 8 月 16 日，“墨子号”发射升空，作为世界首颗量子科学实验卫星，它将人类对量子相关理论及技术的探索扩展到了空间尺度，也让我国在空间量子通信领域完成了从并跑到领跑的跨越。 

本书共 5 章，第 1 章带领大家走进神奇的量子世界，介绍量子力学发展历程及基本原理，为后续介绍“墨子号”的相关工作做铺垫；第 2 章讲述“墨子号”的诞生始末，重点介绍了科学家在地面做的一系列准备工作；第 3 章揭开“墨子号”的神秘面纱，把“墨子号”的内部构成和工作原理详尽展示出来；第 4 章讲述“墨子号”的“好朋友”——地面站，以及它们合作完成的一系列重要科学实验；第 5 章着眼“墨子号”发射之后，梳理国际上的量子卫星发展前沿，以及我国对于空间量子科学实验的未来规划。 

这是部系统、全面、细致介绍“墨子号”的图书，由打造“墨子号”的科学家团队和擅长科普的科技记者携手创作，用生动的语言讲述“墨子号”的相关知识，集科学性、知识性、趣味性于一体，适合对物理学和航天感兴趣的中小学生、大学生及大众读者阅读，有益于读者开阔视野、扩展知识面并培养科学兴趣。

印娟：中国科学技术大学教授，国家优秀青年科学基金获得者，“墨子号”量子科学实验卫星量子纠缠源载荷主任设计师。 董雪：新华社记者。长期关注量子通信、集成电路、人工智能等科技产业。 曹原：中国科学技术大学研究员。“墨子号”量子科学实验卫星量子纠缠源分系统副主任设计师，中国科学院青年创新促进会优秀会员。 张亮：中国科学院上海技术物理研究所研究员。“墨子号”量子科学实验卫星量子密钥通信机载荷主任设计师，获中国科学院杰出科技成就奖（主要完成者）。 朱振才：中国科学院微小卫星创新研究院研究员，党委书记，副院长。“墨子号”量子科学实验卫星总设计师。获上海市科技进步奖一等奖、中国科学院杰出科技成就奖等奖项。 彭承志：中国科学技术大学杰出讲席教授。获国家自然科学奖一等奖（第二完成人），国家杰出青年科学基金获得者，美国光学学会会士(OSA Fellow)。“墨子号”量子科学实验卫星科学应用系统总设计师和卫星系统副总设计师。 王建宇：中国科学院上海技术物理研究所研究员，国科大杭州高等研究院院长，中国科学院院士。“墨子号”量子科学实验卫星项目常务副总师兼卫星系统总指挥。获国家技术发明奖二等奖2项，国家科技进步奖二、三等奖各1项。 潘建伟：中国科学技术大学常务副校长、教授，中国科学院院士，发展中国家科学院院士，奥地利科学院外籍院士，中国科学院量子信息与量子科技创新研究院院长。主要从事量子光学、量子信息和量子力学基础问题检验等方面的研究。