今天凌晨，天空中多了一顆最會保密的星

科技 08-16

今天凌晨，在酒泉衛星發射中心，長征二號丁運載的人造衛星火箭一飛衝天。我國成功發射量子科學實驗衛星「墨子號」。這是中國第一顆，也是世界第一顆上天的量子衛星。

好像有點蒙圈？捺姐第一反應是高中物理白學了。什麼是量子和量子通信？量子衛星成功發射將給我們帶來什麼？捺姐認真學習了《人民日報》文化版的報道，為您拎出乾貨，五分鐘搞懂量子衛星。

今天凌晨，天空中多了一顆最會保密的星

什麼是量子？

量子是物理世界裡最小的、不可分割的基本個體。可以說，整個世界都是由量子組成的。量子的奇妙之處首先在於它的奇妙特性——量子疊加原理和量子糾纏。

什麼是量子疊加原理？

量子有多個可能狀態的疊加態，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現出某種確定的狀態。因此，對物質的測量意味著擾動，會改變被測量物質的狀態。

量子衛星首席科學家、中科院院士潘建偉有個通俗的解釋，「這就好比孫悟空的分身術。一個孫悟空同時出現在多個地方，孫悟空的各個分身就像是他的疊加態。在量子世界裡，作為一個微觀的客體，它同時出現在許多地方。」

什麼是量子糾纏？

兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應的雙胞胎，不管兩個人的距離有多遠，當哥哥的狀態發生變化時，弟弟的狀態也跟著發生一樣的變化。

「如果這兩個光量子呈糾纏態的話，哪怕是千公里量級或者更遠的距離，大家認為，還是會出現遙遠的點之間的詭異互動。」潘建偉補充道，愛因斯坦稱之為「幽靈般的超距作用」。科學家就可以利用這種效應將甲地某一粒子的未知量子態，在乙地的另一粒子上還原出來。

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隨著這兩種特性被科學家不斷認識，適用於實際應用的新技術也被逐漸開拓出來，量子通信就是其中之一。

什麼是量子通信？

以往用以微電子技術為基礎的計算機技術傳遞信息極易遭遇竊聽，但通過把量子物理與信息技術相結合，利用量子調控技術，能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，從而在確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度等方面突破經典信息技術的瓶頸，這就是量子通信。

通常認為，量子通信分為兩種，一種是量子保密通信（量子密鑰分發）；另外一種是量子隱形傳態。

什麼是量子保密通信？

量子保密通信，就好比一個人想要傳遞秘密給另外一個人，需要把存放秘密的箱子和一把鑰匙傳給接收方。接收方只有用這把鑰匙打開箱子，才能取到秘密。沒有這把鑰匙，別人無法打開箱子，而且一旦這把鑰匙被別人動過，傳送者會立刻發現，原有的鑰匙作廢，再給一把新的鑰匙，直到確保接收方本人拿到。

那麼，為何鑰匙被別人一碰，就能立刻被知曉呢？

因為，科學家利用了上面提到過的量子有多個疊加態的原理，用量子作為密鑰。這樣一來，一旦有人試圖截獲或測試量子密鑰，就會改變數子狀態，科學家便能立刻從改變中發現有人動了鑰匙。所以，利用量子不可克隆和不可分割的特性，就能實現無條件安全的通信方式。

發射量子衛星去幹啥？

「通過發射衛星，去除干擾因素，就可以實現幾千公里的量子通信。」潘建偉說，有了量子衛星，還可以在宏觀距離上檢驗所謂的量子力學的非局域性，也就是「幽靈般的超距作用」。「看看在實驗室里不斷被重複檢驗的理論，放在太空是否還能實現。

量子衛星將主要開展星地高速量子密鑰分發實驗、廣域量子通信網路實驗、星地量子糾纏分發實驗、地星量子隱形傳態實驗共4項科學實驗。

其中，星地高速量子密鑰分發實驗就像從衛星向地面分發鑰匙，實現衛星與地面之間以量子密鑰為核心的保密通信試驗。當量子密鑰產生後，通信雙方即可進行保密通信，這個過程從原理上已經證明是絕對不可竊聽、無法破譯的，因此整個通信過程是無條件安全的。

量子科學實驗衛星工程常務副總設計師、衛星總指揮王建宇說，如果把光量子看成一個個1元硬幣，星地實驗就相當於要從在萬米高空飛行的飛機上，不斷把上億枚硬幣發射到地面上一個不斷旋轉的儲蓄罐上，不但要求這枚硬幣擊中這個儲蓄罐，而且要使得硬幣能夠準確地射入儲蓄罐細長的投幣口，並且硬幣要源源不斷地進入儲蓄罐內。

作為我國第三顆科學實驗衛星，量子衛星將使我國在世界上首次實現星地量子通信，真正體現量子通信可向廣域範圍發展的可能性，搶佔國際競爭主動權。

今天凌晨，天空中多了一顆最會保密的星

未來有什麼應用？

量子衛星發射後，天地一體化量子科學實驗系統將投入正式運行，而「京滬幹線」大尺度光纖量子通信骨幹網工程預計今年下半年交付。

潘建偉說，建好「量子互聯網」後，人們不用再擔心任何信息泄露，從而避免惡意攻擊和欺詐行為。但僅僅發射一顆衛星是不夠的，只有形成星座才能建構起網路，而且需要地面配置相應基礎設施，確保網路聯接到千家萬戶。

「比如，將來可以在手機中植入量子加密晶元，用來接收並存儲密鑰。」潘建偉描述了一幅未來場景，人們只需要每天在家裡，將手機和量子密鑰分發機連接，就能夠實現保密通信。「走到這一步，還需要對網路基礎設施進行改造，制定通信標準等，10年至15年，有望實現。」

不僅應用於百姓日常通信，量子通信也可用於水、電、煤氣等能源供給和民生網路基礎設施的通信保障，還可應用於國防、金融、商業等領域。

資料來源：《人民日報》2016年8月16日文化版

本期統籌：孟思奇鞏育華余瑕

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