2016年8月中旬，中國(guó)將擇機(jī)發(fā)射“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”。如果衛(wèi)星運(yùn)行成功，我國(guó)將成為世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間量子通信的國(guó)家，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建一個(gè)廣域量子通信體系，在世界上率先實(shí)現(xiàn)全球化的量子保密通信。

作為中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的第三顆科學(xué)衛(wèi)星，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在2011年時(shí)已正式立項(xiàng)。

量子衛(wèi)星有何神奇之處？為什么要建設(shè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)？這對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钣心男┯绊?？真的不?huì)再有信息安全問題？別急，且聽下面分解。

量子迷蹤

Q（Question）：量子是什么東東？我要聽權(quán)威版本！

A（Answer）：構(gòu)成世界的所有物質(zhì)都是由很小的微粒組成的。然而，所有的微觀粒子，包括原子、分子、光子，其實(shí)它們都是量子。所以你也可以說(shuō)整個(gè)世界其實(shí)就是由量子組成的。我知道你不喜歡聽概念，但是我還是要介紹：一個(gè)物理量，如果有最小的單元而不可連續(xù)的分割，就說(shuō)這個(gè)物理量是量子化的，并把這最小的單元稱為量子。

Q：概念好繞呀，說(shuō)白了于我何關(guān)呢？

A：量子是能量的最小單位，分子、原子、光子、電子都是量子的表現(xiàn)形態(tài)。從某種程度上說(shuō)，人類就是一個(gè)龐大量子的集合！你每一次的呼吸，都包含著上萬(wàn)億量子的進(jìn)出，你說(shuō)跟你有關(guān)沒關(guān)？

量子通信簡(jiǎn)說(shuō)

Q：如此高深的科學(xué)名詞，是不是離生活很遠(yuǎn)?。课疫x擇沉默。

A：永遠(yuǎn)別做科學(xué)白癡好嘛？量子可不是啥新鮮事物，2015年9月3號(hào)紀(jì)念抗戰(zhàn)70周年時(shí)已運(yùn)用了量子通信，量子就在我們身邊~

Q：唔，量子可以通心？心有靈犀的那種？

A：是通信！量子通信呢，是基于量子疊加、量子糾纏理論，通過(guò)隱形傳輸而實(shí)現(xiàn)的一種信息傳遞方式。不過(guò)，心有靈犀確實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)嗒！

量子通信之番外

Q：啊啊??！疊加，糾纏，隱形，你是在寫愛情科幻片腳本嗎？

A：（認(rèn)真臉）量子疊加和量子糾纏是量子世界中兩個(gè)基本原理，明白它們是咋回事你就是量子領(lǐng)域的達(dá)人了！做個(gè)比喻吧，我們把量子比作孫悟空，孫悟空在西游記中多次使用過(guò)分身術(shù)，其實(shí)量子也有很多個(gè)分身，現(xiàn)在假設(shè)量子的三個(gè)分身ABC，分別去北京、上海、廣州玩兒，但是只要其中一個(gè)分身被發(fā)現(xiàn)（學(xué)術(shù)說(shuō)法叫被測(cè)量），ABC就會(huì)隨機(jī)消失掉兩個(gè)，可能是AB，可能是BC，可能是AC，而僅留下一個(gè)。這個(gè)就叫量子疊加原理。

Q：那量子糾纏呢？我離達(dá)人就差一步了！

A：剛才量子疊加指的是一個(gè)量子的不同分身而已。量子糾纏，是指把兩個(gè)量子糾纏在一起。糾纏在一起的量子像一對(duì)親密愛人，可以共生死。啥意思？比如李雷和韓梅梅各代表一個(gè)量子，他們結(jié)婚了（糾纏在一起），李雷和他的分身在上海和北京，韓梅梅和她的分身也在上海和北京，一旦李雷的分身被測(cè)量到了，那么李雷和韓梅梅在同一地方的分身都會(huì)消失，他們倆都分別只留下了一個(gè)分身。這就是量子糾纏，它幫助科學(xué)家完成了量子的隱形傳態(tài)。

Q：所以就有了量子保密通信？

A：對(duì)！如果科學(xué)家想要傳輸一個(gè)秘密給收信人，就要給收信人兩樣?xùn)|西，鑰匙和存放著物品的箱子。收信人只有同時(shí)收到秘鑰和箱子，才可以打開箱子取出里面的物品。根據(jù)量子疊加原理，秘鑰就是量子的多個(gè)分身，一旦被竊聽，被測(cè)量，其他分身就會(huì)隨機(jī)消失，科學(xué)家就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這把鑰匙廢掉，再寄一把，直到確保收信人拿到這把鑰匙。然后呢科學(xué)家就選擇普通方式寄出箱子就可以了，因?yàn)闆]有秘鑰別人是打不開這個(gè)箱子的。這就是絕對(duì)安全的量子保密通信 ！

Q：說(shuō)了這么多，那量子衛(wèi)星又有啥作用，用光纖傳遞量子信息就好啊，造衛(wèi)星多花錢??？

A：這是重點(diǎn)哦，量子的信息攜帶者光子在光纖中傳播短距離內(nèi)可以完成，超過(guò)一定的距離限度則會(huì)失去信號(hào)，但光子在大氣層中卻可以傳遞幾千公里，因此就需要衛(wèi)星來(lái)協(xié)助。不僅如此，它還能作為地面上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)站的中介，使其形成區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)，海量信息穿梭如影，且無(wú)條件安全，簡(jiǎn)直不要太美好！

量子通信衛(wèi)星物語(yǔ)

Q：那量子通信衛(wèi)星的原理 是什么呢？

A：量子衛(wèi)星上空后，它發(fā)出一連串的單光子，由地面上的光學(xué)實(shí)驗(yàn)站所接收再進(jìn)行解碼，如果成功，就相當(dāng)于完成了通信。這樣也是為了實(shí)現(xiàn)天地之間的量子保密通信做準(zhǔn)備，有望建成大范圍的全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。

Q：靠這一顆衛(wèi)星能完成全球保密通信網(wǎng)絡(luò)？

A：沒那么簡(jiǎn)單！如果這顆衛(wèi)星能實(shí)現(xiàn)天地之間的量子通信，那繼此之后，陸續(xù)會(huì)有其他量子衛(wèi)星與他并肩作戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)全球化廣域的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)指日可待~

“京滬”干線

Q：量子衛(wèi)星這么膩害，我有生之年能盼到全球化那天嗎？

A：咳咳，請(qǐng)相信我！中國(guó)預(yù)計(jì)在2030年實(shí)現(xiàn)量子通信的全球化，除開需要量子衛(wèi)星 發(fā)揮功效，還有地面上的光纖量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)協(xié)同完成任務(wù)。準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星是起到“探路者”的作用，它的成功意味著天地在理論和實(shí)際中都能完美接洽。

Q：怎么半路又殺出個(gè)通信骨干網(wǎng)絡(luò)，它和量子衛(wèi)星有什么不同？

A：骨干網(wǎng)絡(luò)就是光纖量子通信骨干網(wǎng)工程——“京滬干線” 項(xiàng)目。在北京和上海之間實(shí)現(xiàn)量子通信，總長(zhǎng)2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過(guò)濟(jì)南、合肥再到上海，今年年底將交付使用。它好比是連接地面上的各個(gè)城市、每個(gè)信息傳輸點(diǎn)的無(wú)形大網(wǎng)，量子衛(wèi)星就好比是一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標(biāo)槍”。衛(wèi)星在天上，骨干網(wǎng)絡(luò)在地上，天地配合才能實(shí)現(xiàn)全球化通信啊~

量子通信特點(diǎn)

Q：現(xiàn)有的通信渠道已經(jīng)足夠使用，這廝是來(lái)分一杯羹？

A：哦，忘了告訴你，量子通信最大最大的好處就是絕對(duì)安全 ！絕對(duì)！你沒聽錯(cuò)哦！傳統(tǒng)的通信方式無(wú)非是在傳輸介質(zhì)和加密數(shù)據(jù)上下功夫，但黑客攻擊和網(wǎng)絡(luò)竊聽依舊此消彼漲，而量子通信則完美擊破此壁壘。你難道不想體驗(yàn)一下被安全感滿滿包圍的感覺？

Q：別忽悠，絕對(duì)這種微商電商慣用的字眼簡(jiǎn)直像欺騙，你不解釋清楚別走。

A：知道嗎？傳統(tǒng)的數(shù)字計(jì)算加密方法都是可以破譯的，只是時(shí)間長(zhǎng)短。量子保密通信就好比要給接受者鑰匙和保險(xiǎn)箱，他拿到保險(xiǎn)箱之后我們?cè)倮昧孔討B(tài)來(lái)傳遞秘鑰，一旦被截獲，量子的狀態(tài)會(huì)改變，變成無(wú)意義的信息，而接受者也能立馬察覺，直到一把新的鑰匙安全無(wú)誤地被接收。

量子通信暢想

Q：聽起來(lái)好棒，那到底有沒有更實(shí)際一點(diǎn)點(diǎn)的利益呢？

A：支付寶、網(wǎng)銀不怕盜號(hào)！類似斯諾登這種泄密事件不會(huì)再有！任何不安全的通信都狗帶！

Q：但我想去外太空，有沒有辦法幫幫我？

A：這都不是事兒！現(xiàn)在潘大大（好吧，潘建偉院士）正在進(jìn)行粒子傳輸項(xiàng)目的研究，有可能幾年或幾十年后，“瞬間移動(dòng)”和“星際穿越”都將變?yōu)樯畹娜粘?。不過(guò)屆時(shí)，科幻片導(dǎo)演估計(jì)得在家里蹲了……