大兵老師的神奇小屋

王依兵

期末考試剛結束，壯壯、小菲和小天就結伴走向實驗樓一層的神奇小屋。小菲邊走邊問：“你們倆考得怎么樣？”小天說：“我覺得還好，就是數學最后一道題沒做出來?！眽褖迅胶偷溃骸笆前。堑李}好難，我也沒有找到思路?！毙》频靡獾卣f：“看來只有我會做啊！”

這時，神奇小屋的門上依稀出現了一個圖形。三人湊近一看大吃一驚。“這不就是我沒做出來的那道數學題嗎？”小天喊道。壯壯對小菲說：“只有你做出來了，你去回答吧?！?/p>

小菲不慌不忙地說：“這個問題只要我給你們一些提示，就會變得簡單很多。你們先回憶一下三角形的面積是怎么計算的吧?！?/p>

小天自信地說：“那簡單，不就是底乘以高再除以2嘛。”

壯壯說：“那這兩個三角形的面積還是不能直接算出來啊。”

壯壯和小天又盯著這個圖像看了很久。壯壯搖搖頭說：“不行，還是沒想出來?！毙√煲矅@了口氣說：“你直接說答案吧，我們不能一直在門口干瞪眼啊，回家以后再想吧?！?/p>

小菲無奈地說：“好吧，你們留著慢慢想吧。答案是36！”

小菲話音剛落，神奇小屋的門“哐”地一下就打開了。

一進門小天就嚷起來：“大兵老師，太敷衍了，您也太敷衍了！把我們的考試題拿來當成進門的密碼！”

大兵老師說：“這是你們數學老師送上門的，他說這學期的最后一道題有點兒難度，不少同學都沒答出來，我正好看看你們會不會……”

壯壯說：“?。≡瓉砟窍霌飕F成的?。烤拖裎覀儌z是跟著小菲混進來的一樣?！?/p>

小天也附和道：“是呢是呢，我猜啊，您也沒答出來，想讓我們給您算出答案。”

大兵老師訕訕一笑，忙轉移話題道：“你們知道墨子嗎？”

壯壯搶答說：“我知道，墨子是我國春秋戰國時期的思想家、教育家、科學家。他提倡‘兼愛’‘非攻’，創立了墨家學說?！?/p>

大兵老師點點頭，說：“很好。那么你們知道墨子號衛星嗎？”

三位同學互相看了看，都搖了搖頭。

大兵老師說：“墨子號是我國發射的世界上第一顆量子科學實驗衛星。你們看，這是2016年8月16日，墨子號在酒泉衛星發射中心發射升空的樣子?！鄙衿嫘∥莸膲Ρ谏细‖F出火箭發射的場景。

“太壯觀了！”小天感嘆道。

小菲提問道：“這個量子科學實驗衛星是做什么用的啊？”

大兵老師回答：“墨子號主要是用來完成量子通信技術的實驗?！?/p>

小菲問：“量子通信是什么意思啊？”

大兵老師說：“這就要從量子糾纏講起了。量子力學認為，兩個處于量子糾纏態的粒子無論相隔多遠，只要改變其中一個粒子的狀態，另一個粒子的狀態就會瞬間發生相應的變化。說得通俗一點兒，就好像是存在‘心靈感應’一樣。而且這種變化是瞬間完成的，非常神奇。”

壯壯問：“那這和通信又有什么關系呢？”

大兵老師從兜里拿出一對文玩核桃說：“如果我們假設這兩個核桃是一對處在糾纏態的量子?，F在我手里有一個，另一個發給你?！闭f著大兵老師把核桃扔給了壯壯：“然后，只要改變我手里這個‘量子’的狀態，你手里的‘量子’也會跟著變。如果我把每個狀態定義為一個密碼，就可以通過不斷改變量子狀態發送信息，你那邊就能接受一連串的信號，可以反向解讀出我發送的信息——這樣就完成了一次量子通信。”

壯壯點點頭說：“哦，原理是這樣啊！”

小天湊過來看了看壯壯手里的核桃說：“老師，您還玩這個啊，都盤包漿了……”

大兵老師趕緊收回核桃接著說：“墨子號的主要實驗有三個，量子秘鑰分發、量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗?！?/p>

小天撓撓頭問：“這都是啥意思??？”

大兵老師說：“這個有點兒復雜，我簡單說一下吧。所謂量子秘鑰分發，就是從衛星分別發送單光子束給地面上兩個距離遙遠的基站，使得地面的兩個基站可以通過衛星傳遞信息。量子糾纏分發就是在衛星上產生一組糾纏態的量子，然后把它們分別發送給地面上兩個距離遙遠的基站。這樣地面上的兩個基站就可以利用量子糾纏效應直接建立通信了。在2017年6月16日，墨子號成功實現了將兩個量子糾纏的光子分別發送到地面距離1000多千米的基站。量子是個廣義的概念，包含多種粒子。墨子號里使用的是光子。2018年1月，墨子號實現了向中國和奧地利相距7600千米的兩地進行秘鑰分發，并利用共享密鑰實現了加密數據傳輸和視頻通信?！?/p>

壯壯說：“這太了不起了！不過，那個量子隱形傳態是什么??？”

大兵老師回答：“簡單地說就是先制備出兩個處于糾纏狀態的光子——A和B，讓A處于地面，B處于衛星上，然后我們用第三個光子C去與地面上的A發生糾纏，這時，A和B之間的糾纏狀態就會被破壞，但衛星上的光子B卻可以反映第三個光子C的狀態，就如同把第三個光子C的狀態傳遞到了衛星上一樣?！?/p>

小天垂頭道：“好難啊，聽起來有點兒暈……”

大兵老師說：“沒關系，現在你們還沒有足夠的知識儲備，以后會懂的。目前，墨子號已經實現了世界上首次從地面到衛星的隱形傳態。”

小菲問：“老師，我聽說量子通信是不會被竊聽的通信方式，這是為什么呢？”

大兵老師回答：“這是因為量子的狀態一旦被測量，就會被改變，而且光子有不同的偏振態，就算被竊聽了，第三方也不知道傳輸者約定采用的偏振方式，也就無法解讀出有用的信息了。大家一時聽不懂也沒關系，只需要知道量子通信是目前最安全的一種通信方式就可以了。而且，它獨特的超越時空的方式可以為原本難以建立通信的邊遠地區提供一種新的通信方式?！?/p>

壯壯說：“我真想試一試啊，我們什么時候才能用上量子通信啊？”

大兵老師說：“量子通信正在逐漸從理論走向實踐，但目前離普及應用還有很長的路要走。要解決一系列的技術難題，降低成本，建立相應的通信標準，建設支撐量子通信的基礎設施等。也許在未來的某一天，你們就會用上量子通信的手機了呢。”