一顆有故事的衛星：全球首顆量子衛星要上天

新聞速遞：中國首顆量子科學實驗衛星將于下半年擇機發射，這是世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建一個天地一體化的量子保密通信與實驗體系！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年時已正式立項。量子衛星有何神奇之處？為什么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？真的不會再有信息安全問題？別急，且聽下面分解。

---量子迷蹤---

Q(Question)：量子是什么東東？我要聽權威版本！

A(Answer)：構成世界的所有物質都是由很小的微粒組成的。然而，所有的微觀粒子，包括原子、分子、光子，其實它們都是量子。所以你也可以說整個世界其實就是由量子組成的。我知道你不喜歡聽概念，但是我還是要介紹：一個物理量，如果有最小的單元而不可連續的分割，就說這個物理量是量子化的，并把這最小的單元稱為量子。

Q：概念好繞呀，說白了于我何關呢？

A：量子是能量的最小單位，分子、原子、光子、電子都是量子的表現形態。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，都包含著上萬億量子的進出，你說跟你有關沒關？

---量子通信簡說---

Q：如此高深的科學名詞，是不是離生活很遠啊？我選擇沉默。

A：永遠別做科學白癡好嘛？量子可不是啥新鮮事物，2015年9月3號紀念抗戰70周年時已運用了量子通信，量子就在我們身邊～

Q：唔，量子可以通心？心有靈犀的那種？

A：是通信！（擦汗）量子通信呢，是基于量子疊加、量子糾纏理論，通過隱形傳輸而實現的一種信息傳遞方式。不過，心有靈犀確實是可以實現嗒！

---量子通信之番外---

Q：啊啊啊！疊加，糾纏，隱形，你是在寫愛情科幻片腳本嗎？

A：（認真臉）量子疊加和量子糾纏是量子世界中兩個基本原理，明白它們是咋回事你就是量子領域的達人了！做個比喻吧，我們把量子比作孫悟空，孫悟空在西游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，分別去北京、上海、廣州玩兒，但是只要其中一個分身被發現（學術說法叫被測量），ABC就會隨機消失掉兩個，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。

Q：那量子糾纏呢？我離達人就差一步了！

A：剛才量子疊加指的是一個量子的不同分身而已。量子糾纏，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愛人，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，那么李雷和韓梅梅在同一地方的分身都會消失，他們倆都分別只留下了一個分身。這就是量子糾纏，它幫助科學家完成了量子的隱形傳態。

Q：所以就有了量子保密通信？

A：對！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，鑰匙和存放著物品的箱子。收信人只有同時收到秘鑰和箱子，才可以打開箱子取出里面的物品。根據量子疊加原理，秘鑰就是量子的多個分身，一旦被竊聽，被測量，其他分身就會隨機消失，科學家就會發現，這把鑰匙廢掉，再寄一把，直到確保收信人拿到這把鑰匙。然后呢科學家就選擇普通方式寄出箱子就可以了，因為沒有秘鑰別人是打不開這個箱子的。這就是絕對安全的量子保密通信！

Q：說了這么多，那量子衛星又有啥作用，用光纖傳遞量子信息就好啊，造衛星多花錢啊？

A：這是重點哦，量子的信息攜帶者光子在光纖中傳播短距離內可以完成，超過一定的距離限度則會失去信號，但光子在大氣層中卻可以傳遞幾千公里，因此就需要衛星來協助。不僅如此，它還能作為地面上兩個實驗站的中介，使其形成區域通信網絡，海量信息穿梭如影，且無條件安全，簡直不要太美好！

---量子通信衛星物語---

Q：那量子通信衛星的原理是什么呢？

A：量子衛星上空后，它發出一連串的單光子，由地面上的光學實驗站所接收再進行解碼，如果成功，就相當于完成了通信。這樣也是為了實現天地之間的量子保密通信做準備，有望建成大范圍的全球量子通信網絡。

Q：靠這一顆衛星能完成全球保密通信網絡？

A：沒那么簡單！如果這顆衛星能實現天地之間的量子通信，那繼此之后，陸續會有其他量子衛星與他并肩作戰，實現全球化廣域的量子保密通信網絡指日可待～

--- “京滬”干線---

Q：量子衛星這么膩害，我有生之年能盼到全球化那天嗎？

A：咳咳，請相信我！中國預計在2030年實現量子通信的全球化，除開需要量子衛星發揮功效，還有地面上的光纖量子通信骨干網絡協同完成任務。準確來說，量子科學實驗衛星是起到“探路者”的作用，它的成功意味著天地在理論和實際中都能完美接洽。

Q：怎么半路又殺出個通信骨干網絡，它和量子衛星有什么不同？

A：骨干網絡就是光纖量子通信骨干網工程——“京滬干線”項目。在北京和上海之間實現量子通信，總長2000余公里，從北京出發，經過濟南、合肥再到上海，今年年底將交付使用。它好比是連接地面上的各個城市、每個信息傳輸點的無形大網，量子衛星就好比是一桿將這張網射向太空的“標槍”。衛星在天上，骨干網絡在地上，天地配合才能實現全球化通信啊～