网红卫星“墨子号”有什么过人之处，竟登上《科学》封面，让全球科学家“躁动”？ | 外媒说
还记得去年8月16日，全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功发射吗？
这颗卫星从研制，到发射，直到今天，一直受到人们的持续关注。最近它又登上了著名的期刊《科学》（《Science》）杂志的封面。
6月15日，《科学》杂志封面上，“墨子号”从星空向地面发出两道光，好像两条长腿跨出一大步，象征着量子通信向实用迈进一大步。《科学》杂志报告说，中国“墨子号”量子卫星在世界上首次实现千公里量级的量子纠缠，这意味着量子通信向实用迈出一大步。
登上封面的这篇关于“墨子号”的论文，题目是：《基于卫星的纠缠分发距离超过1200公里》，来自中国科学技术大学教授、量子科学实验卫星项目首席科学家潘建伟院士团队。
（潘建伟院士）
这项实验，引发了全球媒体热议
Science网站首页用大幅照片予以报道：《量子卫星令“鬼魅般的超距作用”成为现实》。
据Nature（自然科学）网站的头条报道，中国量子卫星克服了超安全通信的主要障碍。量子卫星探针实现了创纪录的远距离量子纠缠，这能够实现基于量子技术的数据加密传输。
除了专业的期刊杂志外，很多媒体也对此做了大量报道。
以报道技术新闻见长的《Wired》（《连线》）杂志发表题为《中国卫星在城市间传播量子信号》的报道。
BBC也对此做了报道：《中国的量子卫星实现大飞跃》。
同样，还有《每日邮报》：《中国“无从破解”的试验卫星发送第一条的信息，实现量子通信新突破》。
以及《洛杉矶时报》：《中国卫星实现太空与地面量子纠缠分发子，打破量子物理纪录》。
这些报道内容是不是很难理解？有点不明觉厉？
那么，CD君（ID：chinadailywx）为你科普一下，看看“墨子号”到底是什么，对人类、对中国到底有什么重要意义，中国在此项技术上到底取得了什么突破？
名词解释——量子
“墨子号”之所以为人所关注，是因为它的发射使得中国的量子通信技术位居国际先进水平之列。
量子，是现代物理学中最重要的概念之一，最早由德国物理学家M·普朗克在1990年提出。量子（quantum）一词来源于拉丁语的quantus，是“相当数量的某物质”的意思。
物理学认为，世界上所有的物质都是由极小的微粒组成。一个物理量，如果有最小而且不可连续分割的基本单位，这个最小的单位就被称为“量子”。
我们所熟知的分子、原子、光子、电子都是量子的具体表现形式。
名词解释——量子通信
上面我们说到，量子是不可连续分割的最小单位，那么用量子通信的方式传递信息，其实就是传递光的最小能量单元。
据潘建伟院士介绍，如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就成功，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。
（2016年10月12日，在北京举行的量子科学实验卫星成果新闻发布会上，潘建伟院士介绍量子卫星与兴隆站建立链路的图片。）
“墨子号”卫星正是这样的一杆重要的“标枪”。
（量子卫星与阿里站建立链路。图为中科院提供）
名词解释——量子纠缠
量子通信的核心就是量子纠缠。量子纠缠是一种量子力学现象，是指量子在由两个或两个以上量子组成的系统中相互影响的现象。
通俗地说，就是两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”，无论相隔多远都可瞬间互相影响，爱因斯坦称之为“鬼魅般的远距作用”。
而量子纠缠分发，就是将一对有“感应”的量子分置于两地。尤其适用于保密通信，对传输信息进行安全加密，在此基础上进行的量子通信技术，被誉为信息安全的“终极武器”。
量子通信之所以安全，是因为量子具有不可分割性，量子态具有不可复制性，从而能够保障信息的不可窃听和不可破解。从原理上可以确保身份认证、传输加密以及数字签名等绝对安全，从根本上、永久性解决信息安全问题。
技术突破——量子纠缠远距离分发
要让量子通信从理论变成实践，需要实现量子纠缠的远距离分发。但量子地面传输无论通过光纤或大气都有较大信号损耗。
此前国内外地面实验的分发距离一直停留在百公里量级。“墨子号”去年年底进行的重要实验，传输距离纪录为144公里。
解决这个问题的一个有效办法就是利用卫星向地面分发。作为世界首颗量子科学实验卫星，“墨子号”星地纠缠分发的传输衰减仅是同样距离地面衰减的万亿分之一。
但这种方式对精度要求极高，好比从万米高空飞机上扔下一连串硬币，在地面用存钱罐接住。
然而，“墨子号”卫星做到了！
潘建伟团队通过两个距离1203公里的地面站点——青海德令哈站和云南丽江高美古站——和卫星之间发射量子，首次在千公里级别距离上实现了量子纠缠，创造了世界纪录。
“这项工作是纠缠分发技术的一个真正突破，”美国麻省理工学院凯克极限量子信息理论中心主任塞思·劳埃德说，“这项实验表明远距离量子通信确实在技术上可行，让人们看到了在不久的未来构建远程量子通信的希望。”
"The experiment shows that long-range quantum communication is indeed technologically feasible and holds out the promise of the construction of long-range quantum communication networks in the near future."——Seth Lloyd
“墨子号”科学应用系统总设计师彭承志说：“这是量子卫星上天以来迄今为止发布的最大成果。”
潘建伟说：“这项工作为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。”
《科学》杂志在一份简介中将这项中国科学家独立完成的工作称为“一项里程碑式的研究”。
他们说：这是史诗般的实验
这篇登上《Science》封面的论文，得到了审稿人的高度评价：
这一成果是“兼具潜在实际应用和基础科研重要性的重大技术突破”、“毫无疑问将在学术界和广大社会公众中产生非常巨大的影响”。
更是获得了同行科学家的一致认可。
美国波士顿大学量子技术专家亚历山大·谢尔吉延科说，这是一个英雄史诗般的实验，因为有许多不利因素可能破坏这个里程碑式实验中光子纠缠的量子性质，这对研究人员很不利。中国研究人员的技巧、坚持和对科学的奉献应该得到最高的赞美与承认。
"This is a heroic experiment becauseso many detrimental factors were working against researchers (and) attempting to destroy a quantum nature of the photonic entanglement in this landmarkexperiment." "Chinese researchers deserve a greatest praise and acknowledgement of their skills, persistence, and devotion to science." ——Alexander Sergienko
加拿大卡尔加里大学物理学家沃夫冈·迪塔尔表示，“我已经被中国团队的结果震惊了，我个人之前看到量子卫星发射后，并不确定能获得什么结果”，也不确定他们是否能用它实现技术突破。
“I am really impressed by the result of the Chinese group.” “To me, it was not clear after the satellite launch if they would succeed,” or whether they would use it to learn for the next improved mission. ——Wolfgang Tittel
加拿大滑铁卢大学量子项目成员托马斯·詹内怀恩表示，这个中国团队已克服了好几个重大技术与科学挑战，清楚地表明了他们在量子通信领域处于世界领先地位。
"I would like to say that the Chinese group has overcome several major technical and scientific challenges and clearly demonstrated their world leadership in the field of quantumcommunication."——Thomas Jennewein
他还说：“这是一项伟大成就，他们从这个大胆的想法开始，最终成功将它实现了。”
"It's a huge, major achievement." "They started with this bold idea and managed to do it."
巴黎量子计算中心的副主任伊兰妮·迪亚曼蒂对《连线》杂志这样评价道：“就量子通讯网络的距离延伸来讲，这是里程碑式的成就。”
“For extending the distance of quantum communication networks, this is a milestone.”——says Eleni Diamanti
国际知名量子信息科技先驱埃克特·艾克教授在给BBC发的邮件中也兴奋地写到：“中国的试验是一项非凡的技术成就。”
"The Chinese experiment is a quite remarkable technological achievement." ——Artur Ekert
艾克教授还在邮件中回忆到，上世纪90年代，他在牛津大学读书时，便提出了利用成对光子进行加密的想法。“我提出这个方案时，可没想过它会被提升到如此的高度。”
对于未来的研究方向，潘建伟表示，除了量子密钥和通信实验之外，他们还将运用“墨子号”测试重力对于量子纠缠形态的影响，并将在两年内发射另一颗量子卫星。其他同事认为这个想法太雄心勃勃了，因为这意味着两套在太空中的量子发射系统，可能实现宇宙中的量子纠缠。
来源：新华社、Nature、Science等
编辑：胡雨濛、袁梦琪（实习）
推荐阅读