号外！号外！中国首颗量子科学实验卫星将于今年8月，也就是这个月择机发射啦！这是世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，旨在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年时就已经正式立项了。
有人可能不禁要问了：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？
下面我们就来认识认识量子这家伙吧！
我们知道构成世界的所有物质都是由很小的微粒组成的。
一个物理量，如果有最小的单元而不可连续分割，就说这个物理量是量子化的，并把这最小的单元称为量子。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。
其实，所有的基本粒子，包括电子、光子，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。
而且从某种程度上说，人类就是一个庞大量子的集合！你每一次的呼吸，其实都包含着上万亿量子的进出呢！
打个比方，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。
量子通信分为两类，一类是量子密钥（也称量子保密通信），一类是量子态传输（也称量子隐形传态）。
那到底什么是量子保密通信呢？让我们举个例子。
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密钥和箱子，才可以打开箱子取出里面的物品。
之后，科学家选择普通方式寄出箱子就可以了，因为没有密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！
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这个壁垒。
传统的数字计算加密方法都是可以破译的，只是时间长短的问题而已。
根据量子叠加原理，密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，把该钥匙废掉，再寄一把，直到确保收信人拿到这把钥匙。
而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密钥，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。
量子隐形传态，是基于量子叠加、量子纠缠理论，通过隐形传输而实现的信息传递方式。
心有灵犀确实是可以实现的！
量子纠缠，则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。
量子的信息携带者光子在光纤中可以完成短距离传播，在大气层中却可以传递几千公里，超过一定的距离限度则会失去信号，因此就需要卫星来协助。
于是，量子卫星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。
量子卫星上天后，它会发出一连串的单光子，由地面上的光学实验站接收再进行解码，如果成功，就相当于完成了通信。这么做也是为了实现天地之间的量子保密通信做准备，如果能成功，将意味着我们有望建成大范围的全球量子通信网络。
当然靠这一颗卫星也不一定能完成全球保密通信网络。
如果这次我国的这颗卫星能实现天地之间的量子通信的话，那在此之后，陆续会有其他量子卫星与它并肩作战，实现全球化广域的量子保密通信网络。
中国预计在2030年实现量子通信的全球化，这除了需要量子卫星发挥功效，还需要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。
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。
“京沪干线”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。
原文发布时间为：2017-12-11
本文作者：流苏
本文来源：九州量子，如需转载请联系原作者。
