量子衛星開啟人類保密通信新紀元

2016年8月16日，中國研發的世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”在酒泉衛星發射中心成功發射升空。它將有望實現全球化量子保密通信，這也是中國科技開始引領世界的一個象征。什么是量子衛星呢？它又將如何引領人類的發展呢？小編帶你一探究竟。

量子通信，獨步天下

量子衛星是什么？簡單地說，量子衛星是一顆通信衛星。不過，量子衛星可不是一顆簡單的通信衛星，因為它在信息傳播的過程中，傳播速度不僅高效，而且還有一項獨步天下的本領——量子通信！量子通信的最大特點就是所有的數據和信號傳輸都是絕對保密的，再也不必擔心信息被竊取。

保密不簡單

要想做到信息的保密，可不是一件簡單的事情。

公元前405年，雅典和斯巴達之間的伯羅奔尼撒戰爭末期，斯巴達軍隊抓住了一名雅典信使，他身上有一條寫滿雜亂無章的希臘字母的腰帶。當這條腰帶呈螺旋形纏繞在一根特定直徑的木棍上時，這些字母竟然神奇地組成了一段可讀的文字。這便是世界上最早的密碼情報。

兩千多年來，密碼成為人們保護信息的主要手段。最初的木棍，也經歷了人工加密、機器編碼、計算機編碼等技術的升級換代。然而，既然有人創造出密碼，就有人挖空心思地想要破解密碼。

二戰時期，日本海軍各個單位都用同一套密碼本，其中的密碼都是規定死的。一旦敵方繳獲了密碼本，或者破解了部分密碼，就會獲取大量軍事機密。結果，美軍破解了密碼，摸清了日本海軍總司令山本五十六的行蹤。

德軍倒是聰明很多。他們設計了一種機器，在運轉的時候會產生成千上萬種新的密碼，叫做謎機。但是敵方繳獲謎機后，也可以制造專門破解謎機的機器。所以，英軍破解了謎機，加速了納粹德國的滅亡。

現代的銀行交易和網絡支付都使用一種叫RSA的加密算法。假如將來有人發明了量子計算機，就完全有可能破解這種算法，到時候可就麻煩了。人們迫切地需要一種絕對安全的保密系統。這時候，量子通信應運而生。

具有心靈感應的“量子雙胞胎”

傳統的密碼可以被破解，那量子通信就不會被破解嗎？這就要說說量子科學了。

量子，是微觀物理世界中的最小單位。聽起來很神秘，它卻無時無刻不在我們身邊，比如常見的光，就是由大量的光量子組成的。在物理學中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體，例如“光的量子”（光子）是光的單位。

量子通信的基本原理是：兩顆糾纏的光子被拆散之后，無論相距多遠總會有“心靈感應”，一個形態發生變化，另一個會像鏡子一樣同步變化，這個現象叫做量子糾纏效應。

量子糾纏效應，聽起來很復雜是不是？小編也是看了很多資料才慢慢理解這些詞語的。為了方便同學們理解，我們可以想象這么一個場景：A想把信息傳遞給B，可是，C總是對他們之間傳遞的信息很感興趣，于是會在A、B傳遞信息的時候想辦法看到他們的信件，甚至會篡改他們的信件。A、B不想讓信件被C看到，于是，想辦法加密碼?？墒?，密碼再保密，C也總能想到解密的方法，只是解密的時間長短問題。A、B對此非?？鄲馈，F在，量子衛星產生的特殊的量子保密鑰匙（簡稱密鑰）就起到了作用。

密鑰是成對出現的，一對密鑰就像一對有著心靈感應的雙胞胎一樣，其中一把密鑰發生了變化，另一個也跟著做相應的變化。科學家把這種感應叫做“糾纏效應”。A想把信息傳遞給B，于是量子衛星就先把雙胞胎密鑰甲、乙先分別送到A和B家。A先把想傳輸的信息文件用密鑰甲加密，然后把文件傳給B。如果在傳輸的過程中C截獲了這些信息文件，在沒密鑰甲和密鑰乙的情況下，C是無法打開信息文件的。如果C想強行打開文件，文件會瞬間自毀，并且通知A和B信息泄漏。如果C想去偷密鑰甲，在他碰到密鑰甲的一瞬間，密鑰甲就會發生形變。

B接到文件信息后，再通過常規通信方式聯系A，對比密鑰甲和密鑰乙的形狀。如果甲乙的形狀一樣，就說明信息是安全的。這時候，B就可以通過密鑰乙來打開文件啦。密鑰甲和密鑰乙每傳完一次文件后，就會相互發生一次變化。這樣， A、B之間的交流再也不用擔心被C偷看到了。

當然，太空量子加密通訊要比這復雜得多。同學們通過上面這個場景了解一下量子衛星大致是如何工作的就可以了。

量子通信的應用前景

科學家預計，作為保障未來信息社會通信安全的關鍵技術，未來10年內，量子保密通信有望走向大規模應用，在電子政務、電子商務、電子醫療、國防軍事、生物特征傳輸和智能傳輸系統等各領域大顯身手。

按照計劃，2020年實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發，2030年建成全球化量子通信網絡。相信用不了多久，人們就將徹底告別信息泄漏了。

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量子衛星為何以“墨子”命名？

墨子，名翟（dí），東周春秋末期戰國初期宋國人。他是墨家學派的創始人，也是戰國時期著名的思想家、教育家、科學家、軍事家。

墨家在先秦時期影響很大，與儒家并稱“顯學”。墨子提出了“兼愛”“非攻”“尚賢”“尚同”“天志”“明鬼”“非命”“非樂”“節葬”“節用”等觀點，并在戰國時期創立了以幾何學、物理學、光學為突出成就的一整套科學理論。在那個百家爭鳴的時代，有“非儒即墨”之稱。

墨子最早提出光線沿直線傳播，設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎，所以我國第一顆量子衛星以“墨子”命名。

量子力學的兩個應用

量子力學的主要應用有兩方面：一是量子通信；二是量子計算。目前谷歌、IBM已經在量子計算機領域展開研究。而在量子通信領域，與其他許多先進的前沿科技領域相比，中國已經處在全球領先地位。