關於「墨子」衛星 你知道與不知道的都在這裡了

資訊梳理

全球首個量子衛星7月發射 構建量子通信網路

我國首顆量子衛星7月發射 建衛星地面間量子通信

迎接量子時代 中國將建一體化量子通信網路

我國首顆量子衛星準備就緒 八月中下旬擇機發射

中國自研量子衛星 現在它有了名字叫「墨子」

【PConline 雜談】近期，有關「量子衛星」的消息，遍布網路。這顆取名「墨子」的量子衛星由我國自主研發，且是全球首顆量子衛星，已於8月16日凌晨成功發射升空，這在我國自主創新領域，無疑是意義重大的。與此同時，「墨子」號稱擁有「絕對安全」的通訊技術。那麼，在網路安全局勢日趨嚴峻的今天，「墨子」如何做到自保？其背後又藏有哪些絕技？關於「墨子」，你知道與不知道的都在這裡了。

關於「墨子」衛星 你知道與不知道的都在這裡了

何為量子？

作為現代物理的重要概念，量子最早由M·普朗克在1900年提出，是能表現出某物質或物理量特性的最小單元。以此為基礎的量子傳輸，也不再是經典信息而是量子態攜帶的量子信息。量子信息的誕生，正催生著第二次信息革命，一次完全屬於量子物理學的量子信息革命。

其中，量子信息又包括了量子通信與量子計算，換言之，信息傳輸和計算都將直接植根於量子物理學。作為排頭兵，量子通信走在了此次信息革命的最前面，成為量子信息的第一個突破點。

絕技與怪癖

你不知道的是，量子擁有兩個堪稱神奇的絕技，一個是「分身術」，另一個是「遠程心靈感應」，是量子計算機與量子通信的關鍵所在。其中，「分身術」也叫量子疊加，指一個量子可以同時存在好幾種狀態。「分身術」的一個典型應用，就是幫助計算機實現並行計算。有多大神力？倘若我們分解一個300位的大數，以現在的計算機需花費15萬年，換用量子「分身術」做並行運算，只要一秒鐘。沒錯！就是15萬年與1秒的差距。

實際上，「遠程心靈感應」學名叫量子糾纏，如果兩個相似的量子距離足夠近就會發生糾纏，無論將其分開多遠，這兩顆量子的狀態就好像是一對有心有靈犀的雙胞胎，一個開心，另一個也會笑，當一個哭了，另一個也一定難過一樣，這可能是科學中最奇特的現象之一，而愛因斯旦更將這種「感應」稱作幽靈般的超距作用。

量子隱形傳態

理解了什麼是量子糾纏，也就能理解下面要說的量子隱形傳態了。介於量子糾纏是非局域的，兩個糾纏的粒子無論相距多遠，測量其中一個的狀態必然能同時獲得另一個粒子的狀態，且獲取這個「信息」不受光速限制。於是，物理學家想到是否能將這種跨越空間的糾纏態，用於信息傳輸。

就這樣，基於量子糾纏態的量子通訊應運而生，就是「量子隱形傳態」。儘管在名字上，量子隱形傳態借用了科幻作品中的隱形傳態，但實際上卻與隱形傳態並無太大關聯，而是通過跨越空間的量子糾纏來實現對量子比特的傳輸，整個過程一般分成以下幾步：

製備一個糾纏粒子對，將粒子1發射到A點，粒子2發送至B點；在A點，另一個粒子3攜帶一個想要傳輸的量子比特Q；A點的一方利用經典通訊方式，例如電話或簡訊等，將自己的測量結果告訴B點一方；B點的一方收到A點的測量結果後，就知道了B點的粒子2處於哪個態。

目前為止的絕對安全

也許是太過神奇，以致於量子同時也擁有兩個怪癖，即不可分割與不可克隆，兩者也是量子保密通信的關鍵所在。利用量子的不可分割與不可克隆，可以做出最安全的保密鑰匙，讓現階段的信息傳輸變得更安全。作為中國第一顆量子衛星，「墨子」號稱擁有『絕對安全』的通訊技術，就連最強大的黑客對其也是束手無策。那麼，量子衛星到底如何做到這麼強大的信息加密呢？

其中的關鍵要素在於量子密匙，以具有量子態的物質作為密碼，當有信息被截獲或者被測量時，其自身狀態會立刻改變，截獲者智能得到無效信息。這從根本上解決了國防、金融、政務、商業等眾領域的信息安全問題。

這恐怕是迄今為止，唯一被嚴格證明是「無條件安全」的通信方式，可實現抵禦任何竊聽的密匙分發，進而保證用其加密的內容不可破譯。

2030年，家家一個「密鑰機」

在量子通信網路下，一旦有人竊取你的私人通訊，你會立刻察覺，而及時採取相應的保護措施，而現有通信技術是無法做到的。因此，量子通信的商用已成為包括歐盟、美國、日本和中國在內，各個大國爭相追逐的目標。

中國科學技術大學潘建偉團隊在合肥市實現了國際上首個所有節點都互通的量子保密通信網路，後又利用該成果為60周年國慶閱兵關鍵節點間構建了「量子通信熱線」，之後研發的新型量子通信裝備在北京投入常態運行，為「十八大」等國家重要政治活動提供信息安全保障。

按照規劃，到2020年，我國將實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發，到2030年前後，中國將建成全球化的廣域量子通信網路。這對於普通百姓的生活，又有何改變呢？在中國科學院的一本有關量子衛星的科普手冊中這樣寫道：如果一個覆蓋全國甚至是全球化的量子通信網路構建完成，並且隨著應用深入，成本逐漸降低，普通民眾就能廣泛享受量子通信帶來的巨大便利。隨著量子通信技術的不斷發展與應用普及，可通過入戶光纖的方式為每家每戶配備一個量子密鑰機，人手一部「量子密鑰」手機，將不再是夢。

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