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中国发射全球首颗量子通信卫星——墨子号

来源：爱乐趣网时间：2020年05月18日 05:58

原标题：中国发射全球首颗量子通信卫星——墨子号

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传统的通信卫星使用无线电波发送信号。量子通信卫星用的则是一种结晶体，这种晶体会产生一对相互纠缠的光子。即便将其中一个传输到很远之外，它们的属性依然会纠缠在一起，如果你在地球对一个量子做出改变，与之纠缠的量子就算远在天王星，也会立刻受到改变的影响，这个现象被称为量子纠缠。科学家可以利用量子纠缠现象来实现信息的传输。

纠缠光子的示意图

2016年，中国从西北沙漠发射升空了全球首颗量子通信卫星。这是中国在量子研究最前沿而迈出的重要一步。量子研究可能会带来新的完全安全的信息传输方式。

利用量子技术，用这颗卫星可以将信息从太空传输到地球。量子技术会用到光子，也就是光的微粒。这种通信方式实际上全世界最安全、最不易受黑客攻击的通讯技术。除了中国，很多国家的科学家和安全专家也都在研究这项技术。

新华社的一篇报道称，在进入距地面约500公里高的轨道后，墨子号每90分钟绕地球一圈。这颗卫星逾重600公斤，名叫量子科学实验卫星，英文缩写为Quess，昵称墨子号。这是为了纪念公元前五世纪的中国哲学家、科学家墨子。

墨子号的模型

量子保密通信的基础原理是量子态“不可分割”和“不可克隆”的神奇特性。“不可分割”是指，量子是构成物质的最基本单元，能量的最基本携带者。比如量子通信里所用到的光量子，或简称光子，就是光能量的最低单元。因此，当用单光子来加载信息时，窃听者就无法截取“半个光子”来窃取信息。

“不可克隆”是指未知的量子态无法被精确复制，一旦窃听者试图对其进行复制，就必然会扰动原本的量子态，从而被通信方察觉。潘建伟打了个比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹。量子态的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开“信件”，　“信件”就会自毁，并通知使用者。

利用量子态的特性，可以在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的密钥，这一过程被称为“量子密钥分发”。信息通过这串密钥加密后，可以通过经典的网络传输，比如互联网、无线电、电话线等。由于密钥对于外界是完全未知的，加密后的信息就是不可破译的。

地星量子纠缠通讯实验，2017年4月拍摄于西藏阿里

2016年7月，《自然》杂志(Nature)发表了一篇文章，介绍中国这个项目。文中称，对量子通信做手脚的任何行为都会被发现，而这正是这种方式安全的原因。文章说，“双方能够秘密交流”，并且“有一种安全感，因为任何窃听行为都会留下痕迹”。

文章表示，如果中国的卫星发射成功，可能意味着中国会把更多的这类卫星送上轨道，它们“合起来将构成一个超级安全的通信网络，可能会将任何地方的人连接在一起”。“但加拿大、日本、意大利和新加坡的团队也有量子太空实验计划，”文章说。尽管这种通信方式可能固若金汤，但数据传输速率在一开始会比较慢，更像电报，而非互联网。

中国的研究人员希望利用这颗卫星和量子通信，在地面上的两个地点之间建立安全的信息传输。理论上，它能够提供两地之间的联络。新华社称，中国最先实现这种联络的可能是在北京和上海之间，或许会于今年开通。

量子卫星项目的首席科学家潘建伟早前表示，整个项目涉及修建四座量子通信地面站，一座空间量子纠缠实验站。

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