光的极限探测：从“墨子号”到引力波的空间探索

王建宇

王建宇， 中国科学院院士、中国科学院上海技术物理研究所研究员，中国科学院大学杭州高等研究院院长；曾担任中国科学院上海分院院长，是我国首颗量子科学实验卫星“墨子号”的常务副总设计师和卫星总指挥；主要从事空间光电技术和系统的研究，主持国际首颗量子科学实验卫星系统的设计和研制，解决了星地量子科学实验中光束对准、偏振保持和单光子探测等多项核心技术难题，确保了星地量子密钥分发、纠缠分发和地星量子隐形传态等科学实验的完成；提出了超光谱成像与激光遥感相结合的探测新方法，解决了多维遥感探测中信息同步获取难题，主持研制了多种超光谱遥感系统；提出了空间远距离激光高灵敏度单元和阵列探测方法，实现了我国激光遥感的首次空间应用；获国家技术发明奖二等奖2项、国家科学技术进步奖二、三等奖各1项，中国科学院杰出成就奖2项，省部级科学技术进步奖一等奖6项等荣誉。

如果我抛一个问题给大家：光是什么？或许有人会觉得这个问题很幼稚，我们的生活中充满光，没有光就没有这个世界。但其实要从科学的角度讲清楚光到底是什么并不容易，甚至到现在对光的科学定义还是存在争论的。牛顿说过，光的本质是粒子，光粒子打到你眼睛上你就看到了，打到墙上光粒子会弹回来，而且光粒子通过棱镜以后，不同波长的光会走不同的路径，所以我们就看到了不同颜色的光。牛顿的说法解释了光一半以上的行为，但还有一些行为他解释不了。同时期另外一位科学家惠更斯认为光是一种波，因为光除了能反射、折射以外，还会衍射，比如我们透过肥皂泡能看到五颜六色的颜色，就是光的衍射、干涉引起的。惠更斯说，如果把光理解为一种波，就能很好地解释光的衍射。这两位顶尖科学家就光到底是粒子还是波争论了许久，且这一争论在科学界也持续了近200年。进入20世纪，爱因斯坦表示，大家都不要吵了，或许我们可以转变一下思维，说光既是粒子又是波呢？正是爱因斯坦的这个想法，解决了光到底是什么这个问题，也催生出了量子力学。现在我们知道光束由运动着的粒子流组成，这种粒子被称为光量子（以下简称“光子”），它有波粒二象性。它在某些方面表现出粒子的特点，比如它有速度、运动方向；但很多时候又表现出波的特点，比如它有波长、相位。爱因斯坦的理论把光的波粒二象性给统一了起来。

较长一段时间以来，大家说到爱因斯坦马上想到的就是他提出的相对论，其实爱因斯坦获得诺贝尔奖并不是因为提出了相对论，而是因为他在光和量子力学研究方面的贡献。1905年他提出了光子假说：光是由光子组成的光子流。这和牛顿的说法非常相似，光的能量集中在一颗颗光子上，也就是说光的频率确定以后，每一个光子的能量都是确定的，它不会因为光强变了而发生改变，光变强并不代表光子的能量增大，而是光子的数目增加。这是爱因斯坦通过光电效应实验得出的结果，也证明了光既是波又是粒子，光子要么被原子整个吸收，要么被原子或者分子整个放出来。再伟大的科学家也做不出半个光子，这些就是我们现在对光的认识。

从“墨子号”若干光子应用看空间量子科学

科学家是怎么应用光子的？到现在为止，科学界基于对光的量子性的认识已经有非常多的应用了，在空间领域的应用也有很多。首先我们来讲讲空间量子科学和“墨子号”是怎么应用光子的，或者说是怎么通过验证光子的方法来验证量子通信中的一些原理和特征的。

2016年8月16日，世界首颗量子科学实验卫星发射升空，意义非凡，我国在卫星量子通信上迈出了人类的第一步，也有人认为从地面到空间的转变开启了量子世界的一个新时代。为了便于大家理解，在此先对量子力学的一些特点做一个通俗而简单的介绍：量子力学有波粒二象性的特征；量子信息的基本单元是量子比特，其含义有别于经典比特。现在计算机中的所有信息都是以二进制方式表示的，也就是用0和1来表征的，它是确定的。而在量子力学里面提出了一个量子比特的概念，0和1是不确定的。比如可以用抛硬币来形象地表示量子态，硬币落下时是正面朝上还是反面朝上都是不确定的，抛掷的过程在量子力学中相当于测量过程。量子力学有一个原理是它的0和1是可以叠加存在的，但最终是0还是1要经过测量来确定。一旦进行测量，这个状态就会从量子态“回归”到经典态，也就是说测量过程是不可逆的，测出来是0就是0，是1就是1，再也回不到原来的量子态。再比如说我们抛硬币的时候，可以重复1 000次，正常情况下正面朝上和反面朝上的概率是相当的，这种现象就是所谓的量子态叠加。在这个原理的基础上，量子力学又提出了新的原（定）理：一个是测不准原理；另一个是不可克隆定理。

测不准原理是指，如果要对一个运动中的量子的位置进行准确测量，那么同时测量得到的速度、动量的数据的误差会无穷大；反过来要准确测量它的动量，则同时测量得到的位置的数据的误差就会无穷大。也就是说在量子力学中要同时准确测量运动中的量子的位置和速度、动量是不可能的。量子不可克隆定理是指，如果要通过测量一批量子态制备另一批量子态，无法通过复制来实现。在计算机领域复制是最基本的操作手段，复制过去的东西是一模一样的，但是在量子力学领域经过复制的内容，一定有部分的内容与原内容存在差异，这就是所谓的量子不可克隆定理。

量子密钥为什么不可破译？

我们通过“墨子号”，基于上述光子的量子特性做了一系列实验。第一个实验就是量子密钥分发。科学家说用量子做的密钥是不可破译的，这个说法曾遭到质疑，因为世界上没有什么东西是绝对的。这里给大家解释一下，量子密钥分发的安全性确实是有一定边界条件的。举个例子，甲乙双方进行密钥传输，用光子作为载荷。比如说甲方发了1万个光子过去，乙方出于各种原因只收到1 000个，如果过程中有人窃听，且这些光子都被窃听者拿走了，很显然此时乙方就什么也拿不到。因为量子是不可分割的，再好的科学家也做不出半个光子，所以窃听者也不可能获取半个光子。反之，如果乙方拿走了光子，那么窃听者就拿不到光子。这就证明了被窃听者窃取的光子不“产生”密钥。窃听者表示：还有其他办法。窃听者可以把甲方发出的所有光子都收了，之后再复制一份发给乙方，乙方收到的所有光子窃听者都有，那不就可以破译密码了吗？这又引出量子力学的第二个原理：量子是不可克隆的，也就是说窃听者进行复制后，一定有部分的光子是不对的。此时只要从乙方收到的光子中取出一部分和甲方的数据做对比：如果一个都没错，那肯定没人窃听。当然错一两个，也是有可能的，因为信道的关系传输过程中会存在误差，但当差错率超过一定数值时，这个传输过程就极有可能存在风险，可能是被人窃听了，这样一来甲乙双方就不得不舍弃这一组密钥。这种被复制的光子不可能“产生”密钥 ^［1］ 。以上给大家解释了量子密钥的安全性是有边界条件的，也就是说量子密钥在分发过程中，一旦有人窃听，就会被发现。这也体现了量子密钥可以安全分发的特性。那么这种绝对安全的密钥分发能不能通过空间分发到更远的地方？量子在地面传输时很多都是用光纤来分发的，光在光纤里面会衰减，传输到一定距离以后，它的安全性就降低了。但是通过卫星在大气层外分发密钥，就可以把密钥分发到地球上的每一个地方。所以我们利用“墨子号”做的第一项工作就是实现全球范围的量子密钥分发。

量子纠缠为什么能成立？

第二项非常有意思的工作就是量子纠缠。前文提到量子的状态是不确定的，如果是一对量子，不确定性更大。但是科学家发现，在一些特殊情况下产生的量子对存在纠缠现象：一个量子被测量以后，另外一个量子的状态就跟着被决定了。比如我将一副手套寄给了两个人，寄出以后我忘记左右手套分别给了谁，这副手套就相当于两个量子，当收件人没有拆开手套时，这两个量子的状态是不确定的，但只要有一个收件人拆开一看就可以确定另外一个人得到的是哪只手套。这个问题提出来以后，爱因斯坦对此提出了异议，说这和量子力学的理论不符，是遥远地点之间发生的诡异互动，这一定是量子力学理论不完备产生的问题。爱因斯坦相对论的定域性学派也因此形成，该学派认为对一个粒子的测量不会对另外一个粒子产生影响。而另一种观点叫量子力学非定域性，持这种观点的科学家认为在一定的特殊粒子对情况下，对一个粒子的测量会改变另外一个粒子的状态。这两个学派争论了很久。1935年，爱因斯坦还在《物理评论》（ Physical Review ）上发表了一篇题为《量子力学是完备的吗？》的论文。他一直对这个观点持怀疑态度，认为量子力学是不完备的。为了解决这个问题，1964年，有一个叫贝尔（Bell）的科学家推导出了一个不等式：如果用经典方法计算，这个不等式一定小于2；但如果用量子的方法去计算，它最大的数值结果是 。有了这个不等式，就可以用实验来检验。一直到1972年，有一个科学家在实验室里完成了这个实验，得到的最终数值确实大于2，所以他认为贝尔不等式破缺或者量子的纠缠现象是存在的。但这还需要通过实验来证明它的普适性，也就是说在实验室里证明是对的，不表示在实际场景中也是对的，在100米实验条件下证明是对的，不表示在1千米条件下能重复这个实验，因为两次测量的距离不同，状态不一定一样。为此，国际上有了某种竞赛，看谁能把这个距离做得更远。我国则是要通过“墨子号”实现1 000多千米的量子纠缠分发，从而验证在1 000多千米的范围内会不会有纠缠现象。

隐形传态：通过纠缠来传递信息

第三项工作就更有意思了，它就是所谓的隐形传态。量子是不可克隆的，不可克隆的系统是一个孤立的系统，那么不可复制的量子是如何与外界交换信息的？科学家认为，量子一定有自己的信息传递方法。20世纪末，奥地利的科学家做了一个实验，提出了隐形传态的概念，认为如果纠缠现象存在，量子就可以通过纠缠来传递信息。这里我来科普一下传递过程。比如我有一个粒子x，我要把x传递到卫星上，在制备纠缠对a和b以后，粒子x里面包含着要传输的量子态信息，并且与纠缠粒子a进行一个量子力学的联合贝尔基测量，测量完成后，测量时产生的量子态信息就会被不可逆地传输到纠缠粒子b上，而粒子x自身的量子态随机坍缩到4个贝尔态之一，也就是它和a的作用相当于和b的作用，这样一来a和x就没了，坍缩到经典态去了，粒子x的特征也就传递到b上了。所以粒子x的测量结果通过经典信道传递，接收端根据测量结果对b进行幺正变换，就能得到量子态x的结果，这就是量子隐形传态的过程。这个实验此前在地面上已经完成。我国科学家利用“墨子号”证明了把一个量子态从地面传输到天上（传输距离超过1 000千米）是能实现的。以前网上有一个所谓的“大变活人”的说法，即如果能把人分解成量子态，就能瞬间把人转移到另外一个地方。当然这仅仅是一个美好的愿景，因为实现的过程太复杂了，除了物理过程，还有生物过程和化学过程。但是我们通过这次实验确实实现了把一个量子态从地面传送到卫星上去的目标 ^［2］ 。

从最早描述光学实验的《墨经》到“墨子号”系列量子科学实验

我国首颗量子卫星为什么叫“墨子号”？这是有故事的。大家知道，墨子是我国古代圣贤中的“科技狂人”，他做了大量的科学实验。他在《墨经》里提到过一段话：“景，光之人煦若射。下者之人也高，高者之人也下。足敝下光，故成景于上，首敝上光，故成景于下。在远近有端与于光，故景障内也。”这句话实际上描绘了光学最基本的一个实验——小孔成像原理——这也是我们初中物理教科书中的第一个光学实验。可以说《墨经》里的这段话是世界范围内最早描述光学实验的，所以可以说墨子是世界光学第一人。给卫星取名“墨子号”，一是纪念这位中国古代圣贤；二是想提醒我们，中国自然科学的一些基本而朴素的思想其实在很久以前就有了，体现了我们的文化自信。

“墨子号”卫星上天以后，我们利用天地系统（该系统由天上1颗卫星和5个地面站构成，其中4个地面站负责接收，1个负责发射）开展的第一个实验是把光子向地面传输，将其作为保密通信的密钥；第二个实验是做纠缠分发，把一个个纠缠对往下分发；第三个是隐形传态实验，从地面把一个光子的状态传递到天上去。这些实验做得都非常成功。2017年6月15日，我们的第一篇论文发表在《科学》（ Science ）杂志上，并作为该期杂志的封面文章。我们非常好地完成了1 200千米的纠缠分发，科研团队在2019年被美国科学促进会授予2018年度克利夫兰奖。我们其余两个实验的结果于2017年8月以论文形式发表：其中一篇发表在《自然》（ Nature ）杂志上，介绍了星地量子密钥分发的结果，证明了量子密钥可以通过天地系统传输到全球任何一个有地面站的地方；还有一篇介绍了天地之间的量子隐形传态，这个实验的结果也是非常圆满的，我们确实能够把量子态传输到卫星上去。

首次洲际量子保密通信实验取得重大技术突破

2017年9月底，在前期实验的基础上，再结合地面的量子通信网，我国科学家和奥地利科学家合作实现了世界首次洲际量子保密通信实验，这一工作成果入选2018年度国际物理学十大进展。这项工作有很多难点，如要利用激光来产生一个个光子，还要通过航天技术，完美地将它们结合形成天地一体的实验系统，也就是量子卫星系统。这个系统除了要有卫星常规的测控、通信链路以外，还要有7条天地之间由光连接的链路，才能完成实验。而光链路中真正参与实验的就是一个个光子。为完成这项工程，中国科学家攻坚克难，在多项关键技术方面取得了突破。

第一个难点是卫星在远离我们1 000千米的地方，它相对于地球的运动速度大于7千米/秒。我们先要通过一束激光找到这颗卫星，完成天地之间的光捕获。然后，在天地之间要实现准确的光跟踪。这个技术其他国家此前也实现过，当时主要是为了做激光通信。我们现在要同时对准两条光路，这个难度非常大。当时我国科学家做了很多调研来确定天地链路该怎么建。我们了解到现在天文台观测的精度是非常高的，参考类似的技术，我们提出了捕获方案：根据卫星轨道预测，地面站发射一束激光上去，卫星收到地面站发出的信标光，就发一束绿光下来，如果天上卫星射出的光和地面上射出的光能对接上，就能够完成光的捕获，然后再把光束缩小（光束很大，能量就不够），这样就形成了跟踪。在这个过程中可以进行量子实验，此时一个个光子登场。第二个难点是光要射得非常准。射一束光的精度要求控制在3.5微弧度左右，这个精度相当于从上海射一束光到北京，光束要落在一个标准停车位的范围内。只有达到这种精度才能完成这个实验。第三个难点是7个不同光源的光轴必须非常严格地在一条线上，光轴间的差异是亚微弧度量级的。第四个难点是只有光的发射角接近衍射极限，才能完成这个实验。第五个难点是光子的偏振，0和1是并存的，但是光通过某些光学系统或者介质以后，它的偏振状态会发生变化，而且卫星是绕着地球运行的，因此卫星上的偏振和地面上的偏振的坐标系也是相对旋转的，所以我们就用一套技术把接收的偏振状态调整到发射时的偏振状态，并保证它是不变的。对系统偏振态保持的要求是100∶1，但我们的指标是要做到好几百比1，这也是全世界第一次做到。第六个难点是这么高的精度，卫星需要一个绝对静止的平台，我们想了很多办法，最终实现了对卫星平台的静止控制。第七个难点是光的同步。在测量过程中，光必须严格地同步于它发射的时间，同步精度允许误差大概是1纳秒（10 ^-9 秒），用电的方法是做不到的，后来我们用光的方法可以达到几百皮秒（1皮秒=10 ^-12 秒），要攻破这个技术也是比较难的。通俗一点说就相当于我从一架飞机上向地面抛硬币，地上放两个储蓄罐，投下的硬币要顺利进入任意储蓄罐的投币口，这里投币口就表征光的偏振状态，它有竖直方向的振动，也有水平方向的振动，错了就投不进去。第八个难点是对于单个光子的探测灵敏度。打个比方，如果月球上有空气，有人在上面划一根火柴，那么火柴的燃烧情况要被地面上的望远镜捕捉到，需要这样的灵敏度才能把这件事情做成。

从“墨子号”发射升空到现在已经过去近9年，它开创了很多先河。现在我国科学家在政策的支持下，正在开展新一代量子科学实验卫星的研究。下一代量子科学实验卫星要解决几个问题：第一，要提高抗光干扰能力，“墨子号”的实验都是在晚上做的，现在要求白天和晚上都能做实验；第二，原来的卫星是绕着地球转，每天经过地面站的时间非常有限，只有几分钟或十几分钟，我们现在通过提高卫星高度，使其从低轨卫星变成中高轨卫星，每天卫星经过地面站的工作时间就可以达到小时量级，这样能获得的密钥量就有可能达到实用的程度；第三，我们原来的跟瞄精度为1微弧度左右，下一步我们就要做到0.5微弧度甚至0.1微弧度，现在我们在实验室里已经完成了0.1微弧度的指向和跟踪实验。估计3～5年后，我国新一代的量子卫星就会再次发射。

引力波的发现开启量子宇宙物理新纪元

事实上，引力波的探测也涉及光学极限探测。引力波的研究和爱因斯坦非常伟大的几个最前沿的预言有关系。他曾预言宇宙中存在4种力，其中3种都已经能够直接观测，但是引力波的直接测量在很长一段时间内无法实现，所以也催生了国际上物理学界研究的另一个分支——引力波探测。目前科学界对引力波的探测也是通过光学手段来进行的。引力波探测曾长期停留在理论预言，直到2016年2月11日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）宣布首次直接探测到了引力波。引力波的发现是一个划时代的标志，开启了量子宇宙物理新纪元。为什么现在还要从空间去探测引力波呢？因为整体来看，人们对宇宙的起源一直持怀疑态度。现在比较公认的观点认为：宇宙的组成中暗能量约占70%，物质约占30%。科学家认为，物质里面我们看不到的所谓暗物质占85%左右，而我们能够看到的、碰到的由原子构成的物质只占约15%。换句话说，目前只有不到5%的宇宙能量是能够被看到的。由此，暗物质和暗能量被认为是21世纪物理学存在的两朵“大乌云”，也是现在的粒子物理和宇宙学标准模型没有办法解释的。于是科学家推测这可能和引力波有关系，假设我们应用引力波或者测量引力波能够像观察电磁波一样，或许这么多的暗物质和暗能量就不“暗”了，就能被看到。这方面如果有突破，无疑将引发21世纪物理学又一次革命性的突破。

宇宙引力波和电磁波到底有什么关系？我们做一个比较形象的总结：第一，引力波是非常弱的，它只有吸引力没有排斥力，而电磁波既有吸引力也有排斥力，并且电磁波的能量比引力波大概要强10 ³⁶ 倍。第二，所有物质和能量的剧烈运动都会产生引力波，而电磁波一定是带电物体的加速运动引起的。第三，引力波的波长远大于波源尺寸，它的波长非常长，而电磁波的波长一般比波源尺寸小，它的波长都很短。第四，引力波反映天体的整体运动，而电磁波反映天体表面的一些性质；引力波被看作天体发出的“声音”，所以有了引力波，宇宙可能不再是暗的了，而电磁波可用来构造天体的图像，我们现在看到的所有宇宙的图像都是通过电磁波探测来实现的。

为什么对引力波的探测要放在太空中进行？为什么电磁波能被探测到而引力波测不到呢？因为电磁波很容易被阻断、被物质吸收，只要吸收了电磁波，物质的某一个特征就会发生变化，这就是探测器的工作原理。而引力波几乎对所有物质都是可穿透的，所以通常人类根本感觉不到引力波的存在，也无从探测。这就从侧面解释了为什么对引力波的探测要放在太空中进行：因为引力波和电磁波一样，它也是有波长的，太空占有了绝大部分波段的引力波，它的波长要比在地面上的长得多，在太空中可以测到的概率也大得多。全球有好几个探测方案，比如欧洲航天局的空间引力波探测项目激光干涉空间天线（LISA）计划提出了一个500万千米的计划（探测时天上要部署3颗卫星，组成3个迈克耳孙干涉仪，卫星间距为500万千米），后来又调整为100万千米；中国提出的“太极计划”是一个300万千米的计划。最近欧洲把距离又调整到250万千米，估计250万千米到300万千米是比较合适的一个距离。

测量引力波需要使用两种技术。一种是激光干涉技术，即3颗卫星两两之间组成3个迈克耳孙干涉仪。引力波过来以后，根据爱因斯坦的广义相对论，它的空间会被压缩或者拉伸，而拉伸和压缩的程度是非常小的，只有通过高精度的激光干涉仪才有可能测量到。另一种是无拖曳航天技术，如果要对相距300万千米的两颗卫星在飞行过程中距离的变化进行测量，那么这两颗卫星必须屏蔽任何外力作用，完全做匀速直线运动。但是一颗在天上的卫星，不管怎样都会受到一定的干扰，所以必须有一种技术手段，把卫星在天上受到的力测量出来，然后用一个反方向的力把这个力的作用抵消掉。现在科学家都在计划让卫星形成一个很大的三角形，而且卫星要绕太阳轨道运行，以避免受地球重力和太阳光照变化的影响，如此来满足探测器温度变化小于百万分之一摄氏度的要求。

我国的“太极计划”是要通过发射3颗卫星组成等边三角形引力波探测星组。2019年，“太极一号”发射升空后，同年还发射了一颗“天琴一号”卫星，这两颗卫星都具备探测引力波的能力。下一步是要到太阳轨道上去，尝试是否可以探测到一些比较强的引力波，“太极计划”预计在2030年前后全部完成。现在国际上通过迈克耳孙干涉仪测到的精度可达到约10皮米量级，“太极一号”测到了100皮米量级，还有大概一个数量级的提升空间；在加速噪声测量上，我们的测量精度还有6个数量级需要努力。

结语

通过阅读，大家了解了光的原理，知道它就是由光子组成的。光子原来有很多科学争论，后来发现光子就是一种量子，具有波粒二象性。现在光子已经有很多应用了，比如说“墨子号”就充分利用光子进行了3个实验：量子密钥分发、量子纠缠分发、量子隐形传态。这里再跟大家分享一个启示，就是再伟大的科学家，他所说的话，也不一定都是对的。在这个问题上，爱因斯坦也没能正确地理解纠缠现象，所以说做科学研究不能迷信权威。引力波由于对任何物质都是可穿透的，因此很难被检测到，但是根据爱因斯坦的广义相对论，有了引力波就会引起空间的压缩和拉伸，这样就能够通过光学测量的方法来验证引力波的存在。当然这一测量困难重重，要在相距几百万千米的条件下，测量出几皮米变化的数据，才能检测到引力波，但目前科学家正在努力攻关之中，我想不久的将来，我们会听到更多有关光极限测量的好消息。

精彩问答Q&A

1.雷达探测是不是光的作用？

雷达是一种利用电磁波（微波波段）的空间目标探测仪器。与可见光相比，微波的波长较长，雷达把微波信号发射到天上去，如果天空中没有目标物体，发出的微波信号会因无反射体而无法被接收或探测到，如果碰到一架飞机，飞机的金属表面会反射微波信号，地面就会收到这个反射信号。总体来说，雷达的工作原理是：微波信号发出去后，如果没有目标则无反射信号，如果碰到目标则会收到反射信号。当然，现代雷达有不同的探测距离，最远的可以达到上千千米。现在不仅有电磁波雷达，也有光学雷达，就是所谓的激光雷达，因为激光发射的距离更远。虽然光学雷达的工作原理与其他雷达相同，但各有特点，无线电波雷达一般能“看”得比较远，光学雷达能“看”得比较准，它能够更准确地测定目标的位置。

2.航天员与地面之间的通信是通过什么技术实现的？

航天员离地面很远，把他们的声音传回地面，这个就是电磁波的另外一个重大应用了。

通信的本质是实现声音信号的远程传递。具体来说，首先把讲话者的声音信号调制成电信号，“藏”到特定的电磁波中，再随电磁波传播，我们有专门的电磁波连接通道，当接收方收到这些电磁波后就可以把声音信号重新检出来，再经过音频处理最终输出声音。这一过程与我们日常看电视机、收听广播时声音的传输原理是一样的。

3.量子通信进入民用领域还有多久？

大概这也是大众比较关心的事。我国科学家在开展的密钥分发研究中，有一个跟京沪干线有关。该研究的参与方亦包括国家安全、金融、证券方面的职能部门，因为它们需要无法被破解的密钥。进一步的民用，比如说能不能扩展到每一台计算机、每一部手机？我想总会有这么一天，虽然时间难以预测，但是整个进展将会比我们想象的要快，现在据说已经有像手机大小的量子通信密钥产生终端了。

参考文献

［1］王建宇，张亮，文天成.光极限探测技术在空间通信中的应用［J］.物理，2022，51（2）：73-80.

［2］王建宇，钱锋.让光子在空间起舞：星地量子通信的原理与应用［J］.科学（上海），2013，65（5）：5-8.