世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”成功发射的意义

    2016年8月16日北京时间凌晨1点40分，在酒泉卫星发射中心我国成功发射了全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”。这两天该事件被铺天盖地扎堆报道，在各大网站、论坛、自媒体平台等引起了热烈的讨论（争论）。懂得科学原理的人毕竟不多，一些脑洞大开的解读诸如开启“任意门”、“瞬间移动”等愈发让人觉得这事很玄乎。当然，更多的一种反应是“你们说的每一个字我都认识，但是你们说的东西我一点都听不懂”。相信不少外行看到“量子卫星”、“量子通信”这样的词汇就不明觉厉、肃然起敬。事实上，追本溯源起来量子通信也的确算得上“高冷”。
    量子通信是利用量子纠缠效应^[1]进行信息传递的一种新型的通信方式，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。现有的非对称加密技术/公钥加密技术（RSA是常用的一种）并非不可破解，只是现有的计算机计算能力有限。随着计算机的性能不断提高，特别是未来量子计算机的研制，将有可能导致现有公钥加密被轻易解密。而量子通信可以极大地提高通信的安全性，甚至使传输的信息无法破解。
    虽然我国信息技术落后于美国等国家，但是我们实现了在量子通信领域的突破，走在量子通信研究与应用领域的世界前列。世界第一条量子通信保密干线京沪量子通信干线于2014 年启动，2015 年初正式投入建设，计划于2016 年底建成。“墨子号”量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，其主要科学目标一是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破；二是在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。为达成上述目标，未来两年内将开展以下四项实验：星地高速量子密钥分发的实验；广域量子通信网络实验任务；星地双向纠缠分发的实验；空间尺度量子隐形传态的实验，目标建立星地量子信道。
    对于量子信息研究来说，地面上的量子通信应用进展迅速，但自由空间量子通信还很落后，所以卫星在太空中实现量子通信实验是一个巨大的进步。我国的量子卫星将为全球量子通信系统提供一个试验台。借助“墨子号”卫星平台，如果能够实现星地间量子密钥分发，是对量子通信的发展的重要一步。可以说，我们有了新的实验技术和实验能力。毕竟量子力学在很多不同的环境和体系下被检验过多次，如果这个相关基础问题的实验验证能首次走向太空并取得进展，在科学和技术的角度上，也是有重要意义的。
    当然如果能进一步实现星地双向量子纠缠分发、甚至空间尺度量子隐形传态，那此次量子卫星的发射就是为未来量子互联网的建设打下坚实的基础。虽然目前看起来会比较困难，但科学的魅力就在于无限的可能性。退一万步讲，就算实验不能获得成功，又有什么关系呢？探索自然规律、满足人类好奇心本来就是科学精神的基本秉性之一。
    

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    ^[1]中科大量子信息实验室的郭光灿院士曾举例说明量子纠缠，如在美国的女儿生下孩子那一瞬间，远在中国的母亲就变成了姥姥，即便她自己还不知道，因为母亲与女儿之间是纠缠态。