一年過去，中國量子衛星實驗任務圓滿完成！

喜訊傳來

就在北京時間的今天凌晨，頂尖的學術期刊《自然》刊載了中國團隊的兩項研究成果——從衛星到地面的量子密鑰分發，以及從地面到衛星的量子隱形傳態。事實上在兩個月前，同樣是頂級學術期刊的《科學》也登載了中國量子糾纏分發的論文。那麼至此，我國的量子衛星「墨子號」既定的三大科學實驗任務就已經全部完成了。

2016年8月16日，也就是將近一年前。我國的長征二號丁運載火箭將「墨子號」送上太空，引發了人們的廣泛關注。之所以會有這樣的轟動效果，是因為「墨子號」是所謂的量子科學實驗衛星。這樣的衛星，無論是在國內還是全世界都還是第一次。

如今一年過去，「墨子號」和它的研究團隊一直都在默默的努力，到了現在終於有了成果，這當然令人感到振奮，意味著我國在這個領域上已經成為了確實的領跑者。

即使是一年後的今天再來看「墨子號」和它所代表的量子通信技術，我們都仍然會覺得它都是玄得不得了。然而正因為是這樣，它才會顯得如此的讓人著迷。那麼今天就讓我們重新來了解一下，這個無論是過去還是現在都能夠讓人振奮和好奇的量子衛星。

追根溯源

量子糾纏可以說是量子力學中最詭異和荒謬的現象之一了，甚至於這種現象已被數學所證明，或許是太過反直觀，天才的愛因斯坦仍舊不相信他口中這「鬼魅般的遠距作用」是存在的，寧願認為是數學出了錯。畢竟，古典物理學認為，一個物體只能被它周圍的環境直接影響。至死，愛因斯坦都認為量子力學是個不完備的理論。

為什麼會這麼說呢？因為所謂的量子糾纏，指的是當兩個或以上的粒子進入互相糾纏的狀態後，即使它們物理上不再有任何的聯繫，甚至相隔天涯海角，其中一個粒子的狀態變化也會引起其他粒子的狀態變化。

在我們的固有思維中，一切萬物如果要發生些什麼變化，那必須得有一個物理上的直接作用才行。量子糾纏現象實在是有些過於「反常識」了，人們拒絕接受這樣一種理論也是人之常情。

不過好在量子糾纏現象是已經得到證實了的，像主導這次「墨子號」研究計劃的潘建偉團隊就在2005年時完成了13公里距離的量子糾纏實驗。去年發射「墨子號」，也是在尋求將衛星作為一個中繼點，在更長的距離上實現基於這個理論的量子通信。

量子糾纏實驗之後的更進一步，就是量子隱形傳態了。基於量子糾纏理論，科學家能夠將A粒子的未知量子態傳輸給相隔很遠的B粒子，讓後者變成前者的狀態。當然了，這不是什麼遠距離傳送，也不是複製。A粒子在經過觀測後必然導致狀態改變，而B粒子得到的也是A粒子最初的狀態。所以它們兩者中始終只有一個能夠實現目標狀態。因為它事實上「傳送」的並非是物質，而是信息，所以就構成了量子通信的基礎之一。

在實驗中，科研團隊在西藏阿里地區設立了地面站，準備一對糾纏光子對，並將其中一個光子發射給「墨子號」衛星。接著他們對地面上留下的光子和另一個光子通過貝爾態測量，讓它們坍塌到四種貝爾態的一種。根據這個信息進行一個正變換，衛星上的光子就可以得到一個複製的量子態了。

需要注意的是，這個信息的傳遞是不會超過光速的，而且除了量子信道外，兩地還需要準備一個傳統的如電話、網路這樣的信道，交換貝爾態的測量結果。

說完了隱形傳態和量子通信的聯繫，我們就可以說說最後的也是就目前來說最具實用意義的量子密鑰分發了。如果說世界上還能有無法被攻破的加密，那就是它了。傳統的加密再牢固也是基於運算的複雜性，當計算機的性能逐漸提升，被破解的危險是會逐漸增加的。量子通信則不一樣，它可以說是物理上的「絕對安全」。

為什麼會這麼說呢？因為如果採用光子來進行通信，它是不可能被分割的，也就是說沒有「半個光子」這種說法。光子也不可被精確複製，這也就導致了竊聽者不可能從光子通訊中提取出信息，而且這種行為也必然會被察覺。

科學團隊之所以進行星地間的實驗，是因為光子在地面傳輸的過程中衰減嚴重，但通過大氣傳輸的話理論衰減率卻低得多。這一次的實驗結果也表明，在1200公里的距離上，衛星和地面的量子密鑰傳輸效率比地面光纖渠道要高達一萬億億倍。衛星平均每秒能發送4000萬個信號光子，一次可生成300千比特的密鑰。

可以想見，一旦通過衛星實現的通信加密成型，其安全性將會得到一個質的飛躍。

任重道遠

我們注意「墨子號」是實驗衛星，意味著團隊這次圓滿完成了既定的三大實驗，但也並不是說這樣的技術馬上就能夠投入實用了。任何的技術在開始實用化前都要經過漫長的驗證和測試，何況是那麼尖端的存在。

但無論如何，這些實驗的完成都標誌著我國在量子通信方向上的重大突破，得以走在這個領域的研究前沿。由此產生的聚合效應，能夠吸引更多的資源和更多的合作，從而取得更快的進步。

儘管說著簡單，但任誰都知道研究團隊的不易。這一年中他們長期堅守著高海拔地區的地面站，而且還要完成將單個光子將地面和衛星連通的這種百里射擊穿針眼一般的任務。擁有這樣的拼勁，未來的成果值得期待。

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