号外！号外！中國首顆量子科學實驗衛星将于今年8月，也就是這個月擇機發射啦！這是世界上首次實作衛星和地面之間的量子通信，旨在建構一個天地一體化的量子保密通信與實驗體系！
量子衛星有何神奇之處？
作為中科院空間科學先導專項的第三顆科學衛星，量子科學實驗衛星在2011年時就已經正式立項了。
有人可能不禁要問了：為什麼要建設天地一體化的量子通信網絡？這對我們日常生活有哪些影響？真的不會再有資訊安全問題？
下面我們就來認識認識量子這家夥吧！
我們知道構成世界的所有物質都是由很小的微粒組成的。
一個實體量，如果有最小的單元而不可連續分割，就說這個實體量是量子化的，并把這最小的單元稱為量子。量子是能量的最小機關，分子、原子、光子、電子都是量子的表現形态。
其實，所有的基本粒子，包括電子、光子，它們都是量子，是以你也可以說整個世界其實就是由量子組成的。
而且從某種程度上說，人類就是一個龐大量子的集合！你每一次的呼吸，其實都包含着上萬億量子的進出呢！
打個比方，我們把量子比作孫悟空，孫悟空在西遊記中多次使用過分身術，其實量子也有很多個分身，現在假設量子的三個分身ABC，分别去北京、上海、廣州玩兒，但是隻要其中一個分身被發現（學術說法叫被測量），ABC就會随機消失掉兩個，可能是AB，可能是BC，可能是AC，而僅留下一個。這個就叫量子疊加原理。
什麼是量子保密通信？
量子通信分為兩類，一類是量子密鑰（也稱量子保密通信），一類是量子态傳輸（也稱量子隐形傳态）。
那到底什麼是量子保密通信呢？讓我們舉個例子。
如果科學家想要傳輸一個秘密給收信人，就要給收信人兩樣東西，鑰匙和存放着物品的箱子。收信人隻有同時收到密鑰和箱子，才可以打開箱子取出裡面的物品。
之後，科學家選擇普通方式寄出箱子就可以了，因為沒有密鑰别人是打不開這個箱子的。這就是絕對安全的量子保密通信！
傳統的通信方式無非是在傳輸媒體和加密資料上下功夫，但黑客攻擊和網絡竊聽依舊此消彼漲，而量子通信則完美擊破這個壁壘。
傳統的數字計算加密方法都是可以破譯的，隻是時間長短的問題而已。
根據量子疊加原理，密鑰就是量子的多個分身，一旦被竊聽，被測量，其他分身就會随機消失，科學家就會發現，把該鑰匙廢掉，再寄一把，直到確定收信人拿到這把鑰匙。
而量子保密通信就好比要給接受者鑰匙和保險箱，他拿到保險箱之後我們再利用量子态來傳遞密鑰，一旦被截獲，量子的狀态會改變，變成無意義的資訊，而接受者也能立馬察覺，直到一把新的鑰匙安全無誤地被接收。
基于糾纏的量子通信？心有靈犀
量子隐形傳态，是基于量子疊加、量子糾纏理論，通過隐形傳輸而實作的資訊傳遞方式。
心有靈犀确實是可以實作的！
量子糾纏，則是指把兩個量子糾纏在一起。糾纏在一起的量子像一對親密夫妻，可以共生死。
啥意思？
比如李雷和韓梅梅各代表一個量子，他們結婚了（糾纏在一起），李雷和他的分身在上海和北京，韓梅梅和她的分身也在上海和北京，一旦李雷的分身被測量到了，那麼李雷和韓梅梅在同一地方的分身都會消失，他們倆都分别隻留下了一個分身。這就是量子糾纏，它幫助科學家完成了量子的隐形傳态。
量子衛星VS量子通信？
量子的資訊攜帶者光子在光纖中可以完成短距離傳播，在大氣層中卻可以傳遞幾千公裡，超過一定的距離限度則會失去信号，是以就需要衛星來協助。
于是，量子衛星作為地面上兩個實驗站的中介，使其形成區域通信網絡，海量資訊穿梭如影，且無條件安全。
量子衛星上天後，它會發出一連串的單光子，由地面上的光學實驗站接收再進行解碼，如果成功，就相當于完成了通信。這麼做也是為了實作天地之間的量子保密通信做準備，如果能成功，将意味着我們有望建成大範圍的全球量子通信網絡。
當然靠這一顆衛星也不一定能完成全球保密通信網絡。
如果這次我國的這顆衛星能實作天地之間的量子通信的話，那在此之後，陸續會有其他量子衛星與它并肩作戰，實作全球化廣域的量子保密通信網絡。
量子通信大發展
中國預計在2030年實作量子通信的全球化，這除了需要量子衛星發揮功效，還需要地面上的光纖量子通信骨幹網絡協同完成任務。
準确來說，量子科學實驗衛星是起到“探路者”的作用，它的成功意味着天地在理論和實際中都能完美接洽。
骨幹網絡就是光纖量子通信骨幹網工程——“京滬幹線”項目。在北京和上海之間實作量子通信，總長2000餘公裡，從北京出發，經過濟南、合肥再到上海，今年年底将傳遞使用。
“京滬幹線”好比是連接配接地面上的各個城市、每個資訊傳輸點的無形大網，量子衛星就好比是一杆将這張網射向太空的“标槍”。衛星在天上，骨幹網絡在地上，天地配合才能實作全球化通信。
原文釋出時間為：2017-12-11
本文作者：流蘇
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九州量子，如需轉載請聯系原作者。