这个夏天最值得关注的不是里约的金牌，
不是宝宝的绿帽，
是中国发射的全球首颗量子卫星！
面对这么高精尖的东东，
很多童靴一脸茫然，
下面就让喜宝给大家讲讲吧。
什么是量子卫星？
量子卫星就是接受地球上传出的量子通信信号，将此信号传输给另一个可以接受量子通信信号的卫星或者是地球上的另一个接收点。
要点一：量子卫星是用于量子通信的通信卫星。
什么是量子通信？量子通信有什么好处？
量子是物理世界最小的不可分割的物质单位，它有两个神奇的特性：量子叠加和量子纠缠。要搞清楚这两个特性需要学几本物理学教科书，相信大家也没这个时间和耐心，喜宝这里只告诉大家这两个特性的结果就可以了。
“量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。”
量子叠加的特性意味着从发出到接受的中途如果有扰动是可以被观测到的。
通信加密是依据某种加密规则对信息进行加密处理，而接受者再依据前述的加密规则对已加密的信息进行解密。这里的加密规则就是“密钥”。现代通信加密就是一方面将信息加密出给接收方，让后用另外的方式将密钥传给接收方。问题来了，如果密钥被人截取了该怎么办？如果知道被截取还好，废掉这个加密信息重新发送即可；但如果密钥被截取而接收方还不知道，还以为加密信息是安全的，那问题就大量。利用量子叠加原理传输密钥就可以解决这个问题，一旦密钥被截取，接受方是可以察觉的！
这就是利用量子叠加的量子保密通信。
下面看“量子纠缠”。
所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，大家认为，还是会出现遥远的点之间的诡异互动。”潘建伟补充道，两个处于纠缠状态的粒子无论相距多远，都能“感应”对方状态，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。
科学家还在探索同时利用量子叠加和量子纠缠进行“量子隐形传态”，也就是将粒子的未知量子态精确传送到遥远的地方而不用传送粒子本身，从而更具有隐蔽性和安全性。
要点二：量子通信安全可靠。
为什么要发射卫星？
量子保密通信技术正从实验室走向产业化，通过光纤建构的城域量子网络通信已经开始尝试实际应用，那为什么还要把量子实验室从地面搬到太空呢？那是由于光纤的固有损耗，在光纤中实现远距离量子通信面临着巨大挑战。
原来，用量子通信方式传递信息，传送的是光的最小能量单元。但这种最小的颗粒，不能再被分割，也不能复制。即使采用目前最先进的理想单光子探测器，在1000公里光纤中进行点对点量子通信，每300年也只能传输一个比特。“就好比一支拥有100万人的队伍，到最后可能只剩下几个人，花了很长时间才能抵达目的地。”这种受制于光纤，不能放大量子通信信号的问题，导致了在远距离上信息传递效率很低，令科学家们一筹莫展。虽然通过量子中继手段，即分成若干段传输来降低每一段的损耗，用“量子接力”的方式解决这一难题，但走向实际应用还需时日。
后来，科学家意识到，真空里不会有光的损耗，想要实现覆盖全球的广域量子保密通信，还需要借助卫星的中转。
2005年，我国科学家、院士潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验，证明光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持，从而验证了星地量子通信的可行性。近几年开展的一系列后续实验都为发射量子卫星奠定了技术基础。
“这样一来，通过发射卫星，去除干扰因素，就可以实现几千公里的量子通信。”潘建伟说，有了量子卫星，还可以在宏观距离上检验所谓的量子力学的非局域性，也就是“幽灵般的超距作用”。“看看在实验室里不断被重复检验的理论，放在太空是否还能实现。”
将来有什么用？
量子保密通信，能够从三个方面保障信息安全。第一，发送者和接收者之间的信息交互是安全的，不会被窃听或盗取。第二，“主仆”身份能够自动确认，只有主人才能够使唤“仆人”，而其他人无法指挥“仆人”。第三，一旦发送者和接收者之间的传递口令被恶意篡改，使用者会立刻知晓，从而重新发送和接收指令。
“信息安全根本上需要解决的，就是传输内容不被别人知道、保证接收者是和发送者对话，以及信息不被篡改。”潘建伟说，仅仅发射一颗卫星是不够的，只有形成星座才能建构起网络，而且需要地面配置相应基础设施，确保网络联接到千家万户。
“比如，将来可以在手机中植入量子加密芯片，用来接收并存储密钥。”潘建伟描述了一幅未来场景，人们只需要每天在家里，将手机和量子密钥分发机连接，就能够实现保密通信。“走到这一步，还需要对网络基础设施进行改造，制定通信标准等，10年至15年，有望实现。”
得益于这种绝对安全性，量子通信不仅应用于百姓日常通信，也可用于水、电、煤气等能源供给和民生网络基础设施的通信保障，还可应用于国防、金融、商业等领域，势必对产业界和科技界产生巨大变革。
联系客服
