太空來了新密使

8月16日，在我國酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，隨著一片火光沖天，長征二號丁運(yùn)載火箭成功將量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，使我國成為世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國家。

量子衛(wèi)星究竟是何方神圣？作為太空密使，它有哪些神秘技能，又會給地球人的生活帶來哪些變化？

“小精靈”讓信息穿越

科學(xué)家稱量子為物理世界的“小精靈”，它不是一種粒子，而是一個能量的最小單位，包括分子、原子、電子、光子等在內(nèi)的所有微觀粒子都是其表現(xiàn)形態(tài)。

量子“小精靈”的稱號可不是浪得虛名，它自帶的高超技能連物理學(xué)家都無法解讀。如果兩個量子粒子處在特殊的狀態(tài)（俗稱糾纏態(tài)）中，不管其空間分離得多遠(yuǎn)，當(dāng)對其中一個粒子進(jìn)行操作或測量，遠(yuǎn)處另一個粒子的狀態(tài)就會瞬時發(fā)生相應(yīng)的改變，就像一些雙胞胎之間存在的心靈感應(yīng)。愛因斯坦稱這個現(xiàn)象為“幽靈般的超距作用”。

雖然現(xiàn)在還無法弄清量子糾纏的原理，但科學(xué)家們可以利用這一現(xiàn)象作為通信的手段。利用量子糾纏技術(shù)，通過量子密鑰傳輸和量子隱形傳態(tài)的方式，能將甲地某一粒子的未知量子態(tài)在乙地的另一粒子上還原。而“墨子號”就像一位太空信使，作為地面上兩個實驗站的中介，構(gòu)建一個區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)，海量信息在這個網(wǎng)絡(luò)間穿梭如影，全天候傳播。

高難度收發(fā)信息

量子衛(wèi)星上天后，會將經(jīng)過編碼甚至是糾纏的光子發(fā)射到地面上（每秒約發(fā)射一億個光子），與之對接的地面系統(tǒng)則負(fù)責(zé)接收光子并進(jìn)行解碼，完成通信過程。

這一接一收看似簡單，卻絕非易事。據(jù)量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉介紹，量子科學(xué)實驗衛(wèi)星在飛行過程中攜帶的兩個激光器需分別瞄準(zhǔn)兩個地面站，同時向左、向右傳輸量子密鑰，對跟蹤精度的要求非常高。

“這就相當(dāng)于人坐在萬米高空的飛機(jī)上往下連續(xù)扔硬幣，每一枚硬幣都要準(zhǔn)確丟到儲蓄罐狹小的投幣口里，而儲蓄罐自身還在慢慢旋轉(zhuǎn)。”量子科學(xué)實驗衛(wèi)星工程常務(wù)副總設(shè)計師兼衛(wèi)星總指揮王建宇說。

盡管困難重重，但經(jīng)過科研人員的不懈努力，量子衛(wèi)星突破了一系列高新技術(shù)，包括同時瞄準(zhǔn)兩個地面站的高精度星地光路對準(zhǔn)、星地偏振態(tài)保持與基矢校正、星載量子糾纏源等，最終順利升空。

不可破譯的保密通信

量子科技雖然聽起來“高大上”，實際上很“接地氣”。在本世紀(jì)初，直接或間接運(yùn)用量子理論的技術(shù)和裝置便隨處可見。從常見的CD唱片機(jī)到龐大的現(xiàn)代光纖通信系統(tǒng)，從無水涂料到激光制動車閘，從醫(yī)院的磁共振成像儀到隧道掃描顯微鏡……量子技術(shù)已滲透到人們的生活中。

隨著量子信息技術(shù)逐漸走向?qū)嵱没溲苌龅牧孔油ㄐ偶夹g(shù)被譽(yù)為是繼微電子信息之后，最有可能引發(fā)軍事、經(jīng)濟(jì)、社會領(lǐng)域又一次重大革命的關(guān)鍵技術(shù)。

以往，光纖通訊被認(rèn)為是最安全的信息傳遞方式，這是因為光纜能把所有的光能限制在光纖里，使外面得不到能量。但隨著科技的發(fā)展，只需讓光纜泄露哪怕很少一部分的能量，就能竊聽其中傳遞的信號。

而量子通信則完全不會出現(xiàn)這種情況，因為它的密鑰具有不可復(fù)制性和絕對安全性。一旦有人竊取，整個通信就會“自毀”并告知使用者。換句話說，量子衛(wèi)星上天后，其發(fā)送的每一封信都只有天知地知、你知我知。

量子科技改變生活

量子技術(shù)不僅可以解決大規(guī)模的計算機(jī)難題，進(jìn)行氣象預(yù)報、藥物設(shè)計、金融分析、石油勘探，還能揭示新能源新材料、高溫超導(dǎo)、量子霍爾效應(yīng)等復(fù)雜的物理機(jī)制。

“隨著量子技術(shù)的發(fā)展，未來5年，量子科技將在金融、通信等領(lǐng)域率先得到應(yīng)用，10年后大的機(jī)構(gòu)可能會參與進(jìn)來，也許15年后，可以讓量子加密芯片惠及大眾，屆時銀行轉(zhuǎn)賬等不用擔(dān)心賬號被盜用或遭遇黑客攻擊。”潘建偉說。（據(jù)經(jīng)濟(jì)日報）