2016年8月中旬，中國將擇機發(fā)射“量子科學實驗衛(wèi)星”。如果衛(wèi)星運行成功，我國將成為世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星與地面之間量子通信的國家，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡，初步構(gòu)建一個廣域量子通信體系，在世界上率先實現(xiàn)全球化的量子保密通信。

作為中科院空間科學先導專項的第三顆科學衛(wèi)星，量子科學實驗衛(wèi)星在2011年時已正式立項。

量子衛(wèi)星有何神奇之處？為什么要建設天地一體化的量子通信網(wǎng)絡？這對我們?nèi)粘Ｉ钣心男┯绊?？真的不會再?a target="_blank">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，其實它們都是量子。所以你也可以說整個世界其實就是由量子組成的。我知道你不喜歡聽概念，但是我還是要介紹：一個物理量，如果有最小的單元而不可連續(xù)的分割，就說這個物理量是量子化的，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，人類就是一個龐大量子的集合！你每一次的呼吸，都包含著上萬億量子的進出，你說跟你有關(guān)沒關(guān)？

量子通信簡說

Q：如此高深的科學名詞，是不是離生活很遠?。课疫x擇沉默。

A：永遠別做科學白癡好嘛？量子可不是啥新鮮事物，2015年9月3號紀念抗戰(zhàn)70周年時已運用了量子通信，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，通過隱形傳輸而實現(xiàn)的一種信息傳遞方式。不過，心有靈犀確實是可以實現(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：（認真臉）量子疊加和量子糾纏是量子世界中兩個基本原理，明白它們是咋回事你就是量子領域的達人了！做個比喻吧，我們把量子比作孫悟空，孫悟空在西游記中多次使用過分身術(shù)，其實量子也有很多個分身，現(xiàn)在假設量子的三個分身ABC，分別去北京、上海、廣州玩兒，但是只要其中一個分身被發(fā)現(xiàn)（學術(shù)說法叫被測量），ABC就會隨機消失掉兩個，可能是AB，可能是BC，可能是AC，而僅留下一個。這個就叫量子疊加原理。

Q：那量子糾纏呢？我離達人就差一步了！

A：剛才量子疊加指的是一個量子的不同分身而已。量子糾纏，是指把兩個量子糾纏在一起。糾纏在一起的量子像一對親密愛人，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量到了，那么李雷和韓梅梅在同一地方的分身都會消失，他們倆都分別只留下了一個分身。這就是量子糾纏，它幫助科學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！如果科學家想要傳輸一個秘密給收信人，就要給收信人兩樣東西，鑰匙和存放著物品的箱子。收信人只有同時收到秘鑰和箱子，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分身，一旦被竊聽，被測量，其他分身就會隨機消失，科學家就會發(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。然后呢科學家就選擇普通方式寄出箱子就可以了，因為沒有秘鑰別人是打不開這個箱子的。這就是絕對安全的量子保密通信 ！

Q：說了這么多，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?。?/p>

A：這是重點哦，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，超過一定的距離限度則會失去信號，但光子在大氣層中卻可以傳遞幾千公里，因此就需要衛(wèi)星來協(xié)助。不僅如此，它還能作為地面上兩個實驗站的中介，使其形成區(qū)域通信網(wǎng)絡，海量信息穿梭如影，且無條件安全，簡直不要太美好！

量子通信衛(wèi)星物語

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，由地面上的光學實驗站所接收再進行解碼，如果成功，就相當于完成了通信。這樣也是為了實現(xiàn)天地之間的量子保密通信做準備，有望建成大范圍的全球量子通信網(wǎng)絡。

Q：靠這一顆衛(wèi)星能完成全球保密通信網(wǎng)絡？

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

“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，請相信我！中國預計在2030年實現(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)絡協(xié)同完成任務。準確來說，量子科學實驗衛(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際中都能完美接洽。

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

A：骨干網(wǎng)絡就是光纖量子通信骨干網(wǎng)工程——“京滬干線” 項目。在北京和上海之間實現(xiàn)量子通信，總長2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過濟南、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城市、每個信息傳輸點的無形大網(wǎng)，量子衛(wèi)星就好比是一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標槍”。衛(wèi)星在天上，骨干網(wǎng)絡在地上，天地配合才能實現(xiàn)全球化通信啊~

量子通信特點

Q：現(xiàn)有的通信渠道已經(jīng)足夠使用，這廝是來分一杯羹？

A：哦，忘了告訴你，量子通信最大最大的好處就是絕對安全 ！絕對！你沒聽錯哦！傳統(tǒng)的通信方式無非是在傳輸介質(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。你難道不想體驗一下被安全感滿滿包圍的感覺？

Q：別忽悠，絕對這種微商電商慣用的字眼簡直像欺騙，你不解釋清楚別走。

A：知道嗎？傳統(tǒng)的數(shù)字計算加密方法都是可以破譯的，只是時間長短。量子保密通信就好比要給接受者鑰匙和保險箱，他拿到保險箱之后我們再利用量子態(tài)來傳遞秘鑰，一旦被截獲，量子的狀態(tài)會改變，變成無意義的信息，而接受者也能立馬察覺，直到一把新的鑰匙安全無誤地被接收。

量子通信暢想

Q：聽起來好棒，那到底有沒有更實際一點點的利益呢？

A：支付寶、網(wǎng)銀不怕盜號！類似斯諾登這種泄密事件不會再有！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）正在進行粒子傳輸項目的研究，有可能幾年或幾十年后，“瞬間移動”和“星際穿越”都將變?yōu)樯畹娜粘?。不過屆時，科幻片導演估計得在家里蹲了……