2016-08-29 11:03:54
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８月16日凌晨，被命名為“墨子號”的中國首顆量子科學實驗衛星開啟星際之旅。它承載著率先探索星地量子通信可能性的使命，并將首次在空間尺度驗證量子理論的真實性。
在量子衛星首席科學家潘建偉院士看來，如果說地面量子通信構建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的“網”，那么量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的“標槍”。當這張縱橫寰宇的量子通信“天地網”織就，海量信息將在其中來去如影，并且“無條件”安全。
信息安全的“終極武器”
量子科學，對絕大多數人來說十分高冷。但當它與信息技術相連，就與我們每個人息息相關。當今社會，信息的海量傳播背后也充斥著信息泄露的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極武器”。
在物理王國里，量子理論是一個百歲的“幽靈”，愛因斯坦也曾被它的“詭異”所困擾。
在量子世界中，一個物體可以同時處在多個位置，一只貓可以處在“死”和“活”的疊加狀態上；所有物體都具有“波粒二象性”，既是粒子也是波；兩個處于“糾纏態”的粒子，即使相距遙遠也具有“心電感應”，一個發生變化，另一個會瞬時發生相應改變……
正是由于量子具有這些不同于宏觀物理世界的奇妙特性，才構成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中，由于量子的不可分割、不可克隆和測不準的特性，所以一旦存在竊聽就必然會被發送者察覺并規避。
“傳統的信息安全都是依賴于復雜的算法，只要計算能力足夠強大，再復雜的保密算法都能夠被破解。量子通信能做到絕對安全，是由量子自身的特性所決定的，計算能力再強也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問題。”潘建偉說。
量子通信系統的問世，點燃了建造“絕對安全”通信系統的希望。當前，量子通信的實用化和產業化已經成為各個大國爭相追逐的目標。
在量子通信的國際賽跑中，中國屬于后來者。經過多年的努力，中國已經躋身于國際一流的量子信息研究行列，在城域量子通信技術方面也走在了世界前列，建設完成合肥、濟南等規模化量子通信城域網，“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網也即將竣工。
然而，這只是開始。“在城市范圍內，通過光纖構建城域量子通信網絡是最佳方案。但要實現遠距離甚至全球量子通信，僅依靠光纖量子通信技術是遠遠不夠的。”潘建偉說。
他解釋說，因為量子的信息攜帶者光子在光纖里傳播一百公里之后大約只有１‰的信號可以到達最后的接收站，所以光纖量子通信達到百公里量級就很難再突破。但光子穿透整個大氣層后卻可以保留８０％左右，再利用衛星的中轉，就可以實現地面上相距數千公里甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。
另外，誕生百年的量子理論的奇妙之處在實驗室里被不斷重復檢驗，但卻從未在太空尺度驗證過。量子理論的各種奇異現象在太空中是否還存在？量子糾纏和隱形傳輸是否可以延伸到星地之間？這些都需要衛星去驗證。
２０１１年，中科院正式啟動全球首顆“量子科學實驗衛星”的研制，這既意味著中國科學家率先向星地量子通信發起挑戰，更意味著中國或將領先歐美獲得量子通信覆蓋全球的能力。
