将使中国在世界上首次实现卫星和地面之间不可破解的量子通信
16日凌晨，我国在酒泉卫星发射中心，用长征二号丁运载火箭发射了世界首颗量子科学实验卫星。它将在太空向地面发送不可破解的密码以建立最安全保密的量子通信，并将对微观量子世界最离奇诡异的现象开展科学实验研究。专家说，如果这颗被命名为“墨子号”卫星成功运行，中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个广域量子通信体系。它将改变加密学，为中国打造坚不可摧的通信系统铺平道路，也意味着中国将成为全球量子通信技术的领头羊。
幽灵般纠缠
除了在建立量子通信网络方面的巨大应用价值外，“墨子号”还将为理解量子物理的一个最深远和最令人费解的现象——量子纠缠迈出重要一步，将为物理学家提供一个测试量子理论基础以及探索如何融合量子理论与爱因斯坦广义相对论的全新平台。
量子物理世界一个奇异现象是纠缠效应，量子纠缠可以把两个或者更多粒子的命运关联在一起。在这一奇特关联中的粒子“心心相印”，无论它们是在同一间实验室还是相隔整个星系，当测量其中一个状态时，另一个状态也会即刻发生相应改变。形象点比喻的话，这就如同两张相距甚远的纸张，人们在其中一张纸上书写的时候，另一张纸上会立刻显现所书写的信息。
爱因斯坦将其称为“遥远地点之间诡异互动”。但是为什么会有这种现象？这依然是一个深奥的谜。
“对量子纠缠而言，在宏观的大尺度距离上，会不会有什么变化，会不会受到引力的干扰，实验上还是未知的。在“墨子号”的帮助下，我们可以对物理学的一些基本问题做一些基本探索和检验，可能有新的物理发现。”量子卫星首席科学家、中国科大常务副校长潘建伟院士说。
另外，中国科学家还计划在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间做一个有趣实验——量子隐形传态。此前，科学家开展的量子隐形传态实验都是在地面进行的。“这次我们要测试能不能把地面的微观量子态传到太空。”潘建伟说。
量子矛与盾
尽管神秘、令人琢磨不透的量子力学还迷雾重重，科学家们却已在利用量子世界的奇异特性开发威力强大的量子计算机和最为安全的量子通信。
量子计算利用量子态的叠加性质，可以实现计算能力的飞跃。“太湖之光”需要用100年计算的难题，量子计算机或许只需0.01秒。
然而，一些人对于量子计算机的恐惧多于期待。有专家指出，对于现有信息安全系统而言，一旦量子计算机横空出世，它将成为一支“利剑长矛”，可以攻破现在所有的密码。所幸的是，量子物理同时提供了解决这一问题的办法。如果量子计算机是“利剑长矛”，那量子密钥就是抵御它的“坚固盾牌”，它提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。
潘建伟说，量子密钥分发就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量，其自身状态就会立刻发生改变，从而一定会被发送方察觉并规避。
他说，量子通信理论上在光纤中最远能做到400公里，再远就做不下去了。而量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，从天上向地面发送信号，大气厚度只相当于水平8~10公里，80%的光可以穿透大气，人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。
潘建伟介绍，量子卫星的首要任务就是在北京和乌鲁木齐之间分发量子密钥，还计划向奥地利地面站发送量子密钥。
天地间互动
“墨子号”发射入轨后将进行3个月左右的在轨测试，然后转入在轨运行阶段。不过，卫星与地面站之间的互动才是重头戏。
中国科学家利用已有的天文观测台站，在云南丽江、新疆乌鲁木齐、青海德令哈、河北兴隆建设了量子通信地面站。而量子隐形传态实验需要从地面向卫星发射光子，为了避免大气湍流的影响，空间量子隐形传态实验站建在了海拔5100米的西藏阿里。
潘建伟说：“我们的实验面积遍布60万平方公里，这将形成人类有史以来最大的‘天地一体化量子实验室’。”
在量子密钥分发和量子纠缠分发实验中，卫星产生光子并发射光子，与之对接的地面系统负责接收光子。如果天地间的光子“接发球”顺利完成，意味着以往局限于地球上的量子通信实验场，将移师太空，构建星地一体的广域量子通信体系。
然而，要做到天地互动并不容易。量子卫星总设计师朱振才说：“量子卫星的一个显著特点是要对德令哈与丽江，或德令哈与乌鲁木齐两个光学地面站同时实现对准，星上的光轴与地面望远镜光轴要严格对准，用一个形象的比喻就是针尖对麦芒。”
潘建伟说，目前的量子卫星空间覆盖能力和应用还有限。其团队还计划开展空间站“量子调控与光传输研究”，研发星间量子通信技术、全天时量子通信技术等，同时进行量子密钥组网应用。“如果国家支持发射多颗量子通信卫星，那么有希望到2030年左右，建成全球化的广域量子通信网络。”
据新华社电
2016年08月17日 新安晚报http://xawb.epaper.ahwang.cn/html/2016-08/17/content_391566.htm?div=-1
