中国量子科学实验卫星“墨子号”

最近一段时间我国科技领域捷报频传，前面刚说过超级计算机的故事，接下来再来看看“墨子号”量子卫星率先实现“千公里级”的星地双向量子纠缠通讯的喜讯。

“墨子号”量子卫星从太空发出两道红色的光，看上去像极了汉字里大写的“人”字，这幅景象被当作“封面”，刊印在6月17日美国知名学术期刊杂志《科学》上。中国率先实现了“千公里级”的星地双向量子纠缠分发，打破了此前国际上保持多年的“百公里级”纪录，回答了爱因斯坦关于量子力学的“百年之问”。

《科学》杂志审稿人称该成果是“兼具潜在实际现实应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”，并断言“毫无疑问将在学术界和广大的社会公众中产生非常巨大影响”。美国波士顿大学量子技术专家谢尔吉延科评价：这是一个英雄史诗般的实验，中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。

1．传统通讯的弊端

假设你在北京，我在上海，两个人通过固定电话来通话。如果有人将类似万用表或者示波器一样的东西，接在连接你我通讯的电缆上，便能够轻松地听到你我之间通话的所有信息。这个手段最恐怖的地方在于，窃听者不会改变和影响你我通讯的信号，包括波形和强度，以至于我们根本无法发现窃听者的存在。同样，对于光纤通信，也存在类似的问题。只要利用恰当的窃听装置，就能便捷地获得所需的信息。

那些通过发射到空中的电磁波来传输信息的装置，被窃听就更加方便了，只要有一个接受装置就可以实现。

那么，如何才能实现信息的传输不被破译呢？

2．量子通讯原理

量子力学告诉我们，量子有一种基本特性，即量子纠缠。两个处于纠缠状态的量子，就像有“心灵感应”，无论这些粒子之间相隔多远，只要一个粒子发生变化，另外的粒子也会即刻“感知”，随之发生变化。全球相关领域的科学家，甚至是一些执政者都为这个问题着迷。因为，一旦这种特性得到最终验证，就有一个最为直接的应用，即通过量子纠缠所建立起来的量子信道不可破译，成为未来保密通信的“终极武器”。

举一个简单的例子：还是假设你在北京，我在上海，我们俩有一个朋友在广州，三个人事先说好，广州的朋友会随机给你我寄水果，一个人是一箱苹果，另一个人是一箱香蕉。那么，当我收到广州朋友寄来的一箱苹果时，我瞬间就知道你得到的是一箱香蕉。当然，你也会在瞬间知道我得到的是一箱苹果。

在这个过程中，你和我分别获得了我们三个人共有的完整的信息，但你和我之间其实并没有直接通讯，“苹果”和“香蕉”，可以看成是两个纠缠起来了的量子，一个人拿到了其中一个，就可以判断出另一个。如果不知道“苹果”和“香蕉”的纠缠关系，别人哪怕截获了我的整箱苹果，也猜不出你收到的是什么水果。

真正的量子通信要远比两个水果复杂得多，但本质完全一样。因为量子会因为有外来信号的介入而发生改变，所以只要有人监控或者窃听，传输中的量子状态的变化立刻就会被你或者我感知到，你和我可以通过分析作出判断，并做出应对的举措。

3．这一次，中国站在世界最前沿

要让量子通信实用化，需要实现量子纠缠的“远距离”分发。一代又一代学者接力走下来，人类似乎遭遇了“瓶颈”：由于量子纠缠“太脆弱”，会随着光子在光纤内或地表大气中的传输距离而衰减，以往的实验只停留在“百公里”量级的距离。

如今，在最新量子太空竞赛中，中国“墨子号”独占鳌头，第一个冲过“千公里”量级的跑线。参与这次实验的两个地面站分别是青海德令哈站和云南丽江高美古站，两站距离1203公里。

“千公里”量级的关卡闯了过去，团队的成员们正朝着“30万公里”的终极距离去努力，继续检验量子力学。未来，还有可能和探月工程结合，到月球上做实验。

英国《自然》杂志在报道我国的量子通信研究成果时就提到：这标志着中国在量子通信领域的崛起，从10年前不起眼的国家发展为现在的世界劲旅，将领先于欧洲和北美。

如今，以量子卫星最新实验为代表的成果，让中国再次挺进量子研究世界版图的中心。属于中国的量子时间似乎正在到来。