一颗有故事的卫星：全球首颗量子卫星要上天

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中国首颗量子科学实验卫星将于下半年择机发射，这是世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建一个天地一体化的量子保密通信与实验体系！作为中科院空间科学先导专项的第三颗科学卫星，量子科学实验卫星在2011年时已正式立项。

量子卫星有何神奇之处？为什么要建设天地一体化的量子通信网络？这对我们日常生活有哪些影响？真的不会再有信息安全问题？ 别急，且听下面分解。

量子迷踪

Q(Question)：量子是什么东东？我要听权威版本！
A(Answer)：构成世界的所有物质都是由很小的微粒组成的。然而，所有的微观粒子，包括原子、分子、光子，其实它们都是量子。所以你也可以说整个世界其实就是由量子组成的。我知道你不喜欢听概念，但是我还是要介绍：一个物理量，如果有最小的单元而不可连续的分割，就说这个物理量是量子化的，并把这最小的单元称为量子。

Q：概念好绕呀，说白了于我何关呢？
A：量子是能量的最小单位，分子、原子、光子、电子都是量子的表现形态。从某种程度上说，人类就是一个庞大量子的集合！你每一次的呼吸，都包含着上万亿量子的进出，你说跟你有关没关？

量子通信简说

Q：如此高深的科学名词，是不是离生活很远啊？我选择沉默。
A：永远别做科学白痴好嘛？量子可不是啥新鲜事物，2015年9月3号纪念抗战70周年时已运用了量子通信，量子就在我们身边～

Q：唔，量子可以通心？心有灵犀的那种？
A：是通信！（擦汗）量子通信呢，是基于量子叠加、量子纠缠理论，通过隐形传输而实现的一种信息传递方式。不过，心有灵犀确实是可以实现嗒！

量子通信之番外

Q：啊啊啊！叠加，纠缠，隐形，你是在写爱情科幻片脚本吗？
A：（认真脸）量子叠加和量子纠缠是量子世界中两个基本原理，明白它们是咋回事你就是量子领域的达人了！做个比喻吧，我们把量子比作孙悟空，孙悟空在西游记中多次使用过分身术，其实量子也有很多个分身，现在假设量子的三个分身ABC，分别去北京、上海、广州玩儿，但是只要其中一个分身被发现（学术说法叫被测量），ABC就会随机消失掉两个，可能是AB，可能是BC，可能是AC，而仅留下一个。这个就叫量子叠加原理。

Q：那量子纠缠呢？我离达人就差一步了！
A：刚才量子叠加指的是一个量子的不同分身而已。量子纠缠，是指把两个量子纠缠在一起。纠缠在一起的量子像一对亲密爱人，可以共生死。啥意思？比如李雷和韩梅梅各代表一个量子，他们结婚了（纠缠在一起），李雷和他的分身在上海和北京，韩梅梅和她的分身也在上海和北京，一旦李雷的分身被测量到了，那么李雷和韩梅梅在同一地方的分身都会消失，他们俩都分别只留下了一个分身。这就是量子纠缠，它帮助科学家完成了量子的隐形传态。

Q：所以就有了量子保密通信？
A：对！如果科学家想要传输一个秘密给收信人，就要给收信人两样东西，钥匙和存放着物品的箱子。收信人只有同时收到秘钥和箱子，才可以打开箱子取出里面的物品。根据量子叠加原理，秘钥就是量子的多个分身，一旦被窃听，被测量，其他分身就会随机消失，科学家就会发现，这把钥匙废掉，再寄一把，直到确保收信人拿到这把钥匙。然后呢科学家就选择普通方式寄出箱子就可以了，因为没有秘钥别人是打不开这个箱子的。这就是绝对安全的量子保密通信！

Q：说了这么多，那量子卫星又有啥作用，用光纤传递量子信息就好啊，造卫星多花钱啊？
A：这是重点哦，量子的信息携带者光子在光纤中传播短距离内可以完成，超过一定的距离限度则会失去信号，但光子在大气层中却可以传递几千公里，因此就需要卫星来协助。不仅如此，它还能作为地面上两个实验站的中介，使其形成区域通信网络，海量信息穿梭如影，且无条件安全，简直不要太美好！

量子通信卫星物语

Q：那量子通信卫星的原理是什么呢？
A：量子卫星上空后，它发出一连串的单光子，由地面上的光学实验站所接收再进行解码，如果成功，就相当于完成了通信。这样也是为了实现天地之间的量子保密通信做准备，有望建成大范围的全球量子通信网络。

Q：靠这一颗卫星能完成全球保密通信网络？
A：没那么简单！如果这颗卫星能实现天地之间的量子通信，那继此之后，陆续会有其他量子卫星与他并肩作战，实现全球化广域的量子保密通信网络指日可待～

“京沪”干线

Q：量子卫星这么腻害，我有生之年能盼到全球化那天吗？
A：咳咳，请相信我！中国预计在2030年实现量子通信的全球化，除开需要量子卫星发挥功效，还有地面上的光纤量子通信骨干网络协同完成任务。准确来说，量子科学实验卫星是起到“探路者”的作用，它的成功意味着天地在理论和实际中都能完美接洽。

Q：怎么半路又杀出个通信骨干网络，它和量子卫星有什么不同？
A：骨干网络就是光纤量子通信骨干网工程——“京沪干线”项目。在北京和上海之间实现量子通信，总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥再到上海，今年年底将交付使用。它好比是连接地面上的各个城市、每个信息传输点的无形大网，量子卫星就好比是一杆将这张网射向太空的“标枪”。卫星在天上，骨干网络在地上，天地配合才能实现全球化通信啊～ 

量子通信特点

Q：现有的通信渠道已经足够使用，这厮是来分一杯羹？
A：哦，忘了告诉你，量子通信最大最大的好处就是绝对安全！绝对！你没听错哦！传统的通信方式无非是在传输介质和加密数据上下功夫，但黑客攻击和网络窃听依旧此消彼涨，而量子通信则完美击破此壁垒。你难道不想体验一下被安全感满满包围的感觉？

Q：别忽悠，绝对这种微商电商惯用的字眼简直像欺骗，你不解释清楚别走。
A：知道吗？传统的数字计算加密方法都是可以破译的，只是时间长短。量子保密通信就好比要给接受者钥匙和保险箱，他拿到保险箱之后我们再利用量子态来传递秘钥，一旦被截获，量子的状态会改变，变成无意义的信息，而接受者也能立马察觉，直到一把新的钥匙安全无误地被接收。

量子通信畅想

Q：听起来好棒，那到底有没有更实际一点点的利益呢？
A：支付宝、网银不怕盗号！类似斯诺登这种泄密事件不会再有！任何不安全的通信都狗带！
Q：但我想去外太空，有没有办法帮帮我？
A：这都不是事儿！现在潘大大（好吧，潘建伟院士）正在进行粒子传输项目的研究，有可能几年或几十年后，“瞬间移动”和“星际穿越”都将变为生活的日常。不过届时，科幻片导演估计得在家里蹲了……

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