中國首顆量子衛星升空 奧媒：開發量子網路的關鍵一步

參考消息網8月16日報道中國16日在位於戈壁沙漠的酒泉衛星發射中心發射了首顆量子通信衛星。據奧地利科學院透露，奧地利科學院院長安東·蔡林格帶領的一個物理學家團隊參與了該項目。

據奧地利《標準報》網站8月15日報道，中國中央電視台在5月底的一檔有關衛星的節目中宣稱，中國準備成為首個從太空輸送防竊聽的加密信息的國家。量子衛星原定的發射時間是7月23日，但之後被推遲到了8月中旬。

據實驗物理學家、奧地利科學院院長蔡林格說，藉助量子物理現象從衛星向地球上的地面接收站傳輸量子密鑰，以此可建立起一種在迄今無法達到的距離上實現完全防竊聽的數據傳輸模型。與此同時，這還是「開發未來量子網路的關鍵步驟」。

計劃中的量子衛星系統

報道稱，量子通信衛星項目首席科學家潘建偉曾在維也納大學師從蔡林格獲到博士學位。他說，這一方式是「革命性的」。「量子編碼信息非常安全，即便是性能最好的計算機也無法破解，」潘建偉在中央電視台的節目中說。為通過這一技術對抗網路犯罪，「量子科學實驗衛星」將成為從北京綿延至上海長達2000公里的量子通信網的一部分。此外，中國還計劃建立一個量子通信衛星系統，到2030年實現全球量子衛星通信。

這一項目也應澄清量子物理學的一個基本問題。這裡主要涉及的是，被愛因斯坦稱為「鬼魅般的超距作用」的量子糾纏現象是否在更遠距離上依舊存在。

在量子糾纏現象中，兩個相互糾纏的粒子，比如兩個光量子，在任意距離上相互關聯。不論對其中一個粒子做什麼，顯然都會瞬時影響到另一個粒子的狀態。如果令兩枚骰子之間產生量子糾纏，在測量之前人們應該不知道它們最終顯示的點數是多少。但測量後肯定會發現，兩枚骰子朝上的一面是——隨機——相同的。

如果物理學家實際測量出兩個糾纏光量子中的一個的偏振方向，在測量的同時，另一個光量子也會出現相同的偏振。這一日常認知水平難以理解的現象可被用於量子密鑰傳輸。

兩座加那利島嶼上的糾纏量子

報道稱，蔡林格和他的團隊在過去幾十年中不斷延長量子糾纏的距離。繼實驗室試驗後，他們發射糾纏光量子穿越宮城酒窖走廊，穿過多瑙河下的污水管道，讓它們穿越維也納上空的大氣層，然後最終穿越兩座加那利島嶼之間的大氣層——這也是迄今保持的最遠距離144公里。

然而，在更遠距離上的傳輸受到限制，因為地球大氣層對光量子的影響過於強烈。所以現在試驗被轉移到了太空：由衛星向地球發射光量子，光量子僅需穿透短短几公里的大氣層，受到的損耗相應較小。出於這一原因，2010年蔡林格與中科院簽署了相關衛星項目的合作協議。

量子通信衛星本身和所有地面裝置儀器由中國人負責設計建造，他們為此耗費了5年時間。衛星重約600公斤，上面主要包括能夠產生糾纏光量子對和傳輸光子的儀器。衛星的設計壽命為兩年，將在約500公里高的繞地軌道上環行。

奧地利地面站

報道稱，奧地利科學家為歐洲的實驗提供了接收站。它們是格拉茨—盧斯特比厄爾的奧地利科學院太空所的「衛星激光測距站」和維也納—阿爾瑟格倫德的奧地利科學院量子光學與量子信息研究所（IQOQI）的「海迪·拉馬爾量子通信望遠鏡」。

此外還有歐洲航天局的光學地面站。維也納的物理學家已經藉助它進行了限於地球的量子實驗。「此外我們正準備設置一個機動地面站——一個集裝箱式的望遠鏡，可以輕易地運到不同地方」，IQOQI的托馬斯·沙伊德爾說。據《中國空間科學學報》稱，中國計劃建設六個地面站。

奧地利參與的實驗有兩種不同的生成量子密鑰的方法，沙依德爾說。「這個過程相對簡單：我們只需要從衛星向地面發送一系列光量子然後將其解碼」，潘建偉說。

「相對簡單」是相對的——具體來看則十分複雜：在沒有重疊的方法下，是用脈衝激光將單個光量子發送到地面，這些光量子有四個可能的偏振（垂直、水平、右旋、左旋）。它們在地面由兩個測量基（垂直—水平或者左旋—右旋）隨機測定。衛星只告訴地面站，它準備將每個光量子發送到兩個測量基中的哪個，但不會說明具體的偏振。如果接收基碰巧與發送基一致，具體的測試結果就被用於密鑰，如果不一致，結果就不採納。

毀滅的疊加態

報道稱，第二種方法是在衛星生成重疊的光量子對。兩個光量子被各自發送給不同的地面站。它們的偏振完全隨機，要麼是垂直—水平，要麼是左旋—右旋，但是開始是不清楚的。物理學家將該狀態稱為「疊加態」。它在測量時毀滅，或者是在遭到竊聽時。

這時再在兩個地面站的兩個測量基中的隨機一個進行測量（也就是要麼垂直—水平要麼左旋—右旋）。之後兩個站點相互通信，它是在哪個測量基測量的，當然測量結果不會告知。如果測量基一致，結果就被用於密鑰。

發送基與接收基知道，因為重疊的兩個粒子無論如何都會狀態相同，所以垂直偏振可以用0代表，水平偏振用1代表，這樣就可以生成一個二元密鑰。如果測量基不一致，結果就廢棄。

每秒一對光量子

報道稱，通常一個這樣的來源每秒生產大約100萬對重疊的光量子對，但每秒只有一對通過兩個接收站。「這是個科學論證，還不是達到的比特率」，沙依德爾說。如果衛星在飛過時能向地面站傳送五至十分鐘的光量子，這就是300至600對，這樣就足以作出統計上的說明了。

如果成功，物理學家就拿出了「可怕的遠程作用」在1000公里以上也有效的證據。對未來的量子互聯網來說，這也會表明，通過衛星這個中繼站也可以在任意遠的距離內替換安全密鑰。

學者們預計，測試以及安裝衛星和設備在啟動後將需要幾個月的時間。但是他們認為，今年就會完成向奧地利地面站的首次傳輸。（編譯/焦宇、趙漣）

2016年8月16日1時40分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星（簡稱「量子衛星」）發射升空。新華社記者 金立旺攝

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量子通信：無條件安全的通信方式

「量子通信是迄今唯一被嚴格證明為無條件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆，所以能保證加密內容不被破譯，可以從根本上保障信息安全、保護全人類的隱私。」量子科學實驗衛星工程首席科學家潘建偉表示，理論上絕對安全的通信一旦實現，政府、軍隊和銀行，乃至全社會都將獲益。

改變生活：或15年後走進中國百姓家

在潘建偉看來，量子通信的應用前景，就像電話的普及過程一樣，將逐步進行，蔚為可觀。「一開始，量子通信可能會應用於國防、金融、政務、科學研究等，之後會在大眾中廣泛應用。」

基於個人判斷，他給出了一個量子通信技術普及的「時間表」：5年左右很多機要部門開始用，10年左右金融業、銀行等大機構開始使用，15年的時間或許走進千家萬戶。「屆時，每個人的家裡、手機上或許都會有一個量子加密晶元，銀行轉款、電子賬戶等的涉密操作，都不用擔心被盜用或者攻擊。」

他並表示，這需要一個過程，依賴於量子通信網路的建設，應用成本也會逐漸下降。

影響世界：多國望與中國共建「量子星座」

雖然量子科學實驗衛星成功發射，但從長遠來看，「要實現全球化量子通信還需要長期的努力，特別是需要多顆衛星的組網」，量子科學實驗衛星科學應用系統總師兼衛星系統副總師彭承志表示，「這條征途沒有盡頭」。

也因此，中國以開放的姿態歡迎全球合作。「我們非常高興地同意了奧地利方的請求，共同就北京到維也納之間的洲際量子通信進行實驗合作，中方並決定向全球開放載荷的相關數據」，潘建偉介紹稱。

他表示，德國和義大利也非常希望繼奧地利後加入中國團隊的實驗，在探索全球量子通信組網建設、「量子星座」建設中與中方展開合作。「協議目前已經走完了相關的流程，近期就將進行簽署。」

「畢竟，科學也是面向全世界的，中國的量子衛星走在世界前列之後，可以引領整個學術界在這個方向開展研究，為人類貢獻中國智慧」，潘建偉說。(完)

（2016-08-16 15:49:01）

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「畢竟，科學也是面向全世界的，中國的量子衛星走在世界前列之後，可以引領整個學術界在這個方向開展研究，為人類貢獻中國智慧」，潘建偉說。（完）

（2016-08-16 10:05:47）

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