今天凌晨01時(shí)40分，隨著酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心聲震耳欲聾的點(diǎn)火轟鳴聲響起，長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭點(diǎn)火噴射長(zhǎng)尾，第29次發(fā)射之旅開啟了。

　　這一次，有什么不同?確實(shí)非常不同！和火箭一同升空的，還有中國(guó)，也是全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”。

　　“鬼魅般的超距作用”，這是愛(ài)因斯坦在1935年對(duì)量子糾纏的評(píng)論。而以愛(ài)因斯坦為代表的經(jīng)典物理學(xué)派與玻爾等人為代表的量子學(xué)派之間的論戰(zhàn)已近百年，許多問(wèn)題還沒(méi)有最后答案。而中國(guó)即將發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，將有可能幫助解決關(guān)于量子糾纏的問(wèn)題。同時(shí)，我國(guó)將成為全球第一個(gè)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的國(guó)家，構(gòu)建天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系也將邁出重要一步。

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　　慢著，量子理論?衛(wèi)星和地面之間的量子通信?天地一體化?……高冷范兒的“墨子號(hào)”瞬間離廣大人民群眾好遙遠(yuǎn)!別著急，這就讓此刻已經(jīng)遨游太空的“墨子號(hào)”接上地氣，來(lái)到小伙伴們的身邊。

　　量子科技，到底是什么“鬼”?

　　量子科技，對(duì)大多數(shù)人而言十分高冷。但如果和銀行轉(zhuǎn)賬被盜、黑客攻擊翻墻……這些“信息安全”的場(chǎng)景聯(lián)系起來(lái)，就會(huì)瞬時(shí)讓人感覺(jué)接地氣了不少。信息爆棚的當(dāng)下社會(huì)，如何讓自己的信息傳播不被惡意泄露竊取，想必我們每個(gè)人都十分關(guān)心。

　　那么，量子衛(wèi)星，究竟是怎樣的一顆衛(wèi)星?簡(jiǎn)單而言，它是通訊衛(wèi)星的一種，用百度百科的解釋來(lái)說(shuō)，它是通過(guò)量子信號(hào)從地面上發(fā)射并穿透大氣層——衛(wèi)星接收到量子信號(hào)并按需要將其轉(zhuǎn)發(fā)到另一特定衛(wèi)星——量子信號(hào)從該特定衛(wèi)星上再次穿透大氣層到達(dá)地球某個(gè)角落的指定接收地點(diǎn)。

　　量子通信，絕不泄密的“終極武器”

　　由于自帶“糾纏效應(yīng)”，量子具備的不可分割、不可復(fù)制，且測(cè)不準(zhǔn)的強(qiáng)烈特性讓科學(xué)家們?cè)谒砩险业搅?ldquo;通信安全”的命門。一旦存在竊聽，必定會(huì)被發(fā)送者察覺(jué)并規(guī)避。相比傳統(tǒng)的通信技術(shù)手段，量子通信的安全性與高效性無(wú)疑要高出許多。

　　“傳統(tǒng)的信息安全都是依賴于復(fù)雜的算法，只要計(jì)算能力足夠強(qiáng)大，再?gòu)?fù)雜的保密算法都能夠被破解。量子通信能做到絕對(duì)安全，是由量子自身的特性所決定的，計(jì)算能力再?gòu)?qiáng)也破解不了，因此它是革命性的，可從根本上、永久性解決信息安全問(wèn)題。”量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士說(shuō)。

　　現(xiàn)在，量子通信技術(shù)已被認(rèn)為是人類科技發(fā)展史上的又一革命性技術(shù)。在金融、軍事和政務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用前景得到了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，美國(guó)、日本等國(guó)也啟動(dòng)了相關(guān)的研究計(jì)劃，而中國(guó)經(jīng)過(guò)多年努力，在這個(gè)領(lǐng)域已后來(lái)追上。

　　目前，我國(guó)建設(shè)完成合肥、濟(jì)南等規(guī)?；孔油ㄐ懦怯蚓W(wǎng)，“京滬干線”大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)也即將竣工。

　　高冷范兒“墨子號(hào)”，為啥要上天?

　　不過(guò)，光纖量子傳輸?shù)男畔y帶量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足我們的需求。在光纖里傳播100公里之后，量子的信息攜帶者——光子大約只有1%的信號(hào)能到達(dá)最終的接收站。而在大氣中卻不一樣，不僅能保留80%以上的信號(hào)，還能利用衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)地面相距數(shù)千公里，甚至覆蓋全球的廣域量子保密通信。

　　量子衛(wèi)星首席科學(xué)家潘建偉院士對(duì)外接受采訪時(shí)稱，“如果說(shuō)地面的量子通信構(gòu)建了一張連接每個(gè)城市、每個(gè)信息傳輸點(diǎn)的“網(wǎng)”，那么量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星就像一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標(biāo)槍”。當(dāng)這張縱橫寰宇的量子通信“天地網(wǎng)”織就，海量信息將在其中來(lái)去如影，并且“無(wú)條件”安全。”

　　于是，2011年，中科院在全球率先啟動(dòng)了“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”研制計(jì)劃。

（在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在進(jìn)行太陽(yáng)翼展開試驗(yàn)）


（在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，太陽(yáng)帆板展開試驗(yàn)準(zhǔn)備）

　　“墨子號(hào)”升空，絕技上天怎么整?

　　此次升天的“墨子號(hào)”雖然重量達(dá)640公斤，但在衛(wèi)星家族中還屬于“小身板兒”立方體結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星實(shí)物，高度僅為1.7米。不過(guò)，墨子號(hào)身上裝的四大裝備卻技藝非凡。

　　激光器——能生成單個(gè)的光量子。作為能量等物理量的最小單元，光量子也是光的最小量子單元。

　　量子糾纏源——和激光器不同，它的使命是制造出一對(duì)對(duì)處于糾纏狀態(tài)的光量子。大家可以把糾纏狀態(tài)想象成一對(duì)互相吸引的磁鐵，不同之處在于，糾纏中的量子即使相隔萬(wàn)里也能心靈相通，其中一個(gè)狀態(tài)發(fā)生改變，另一個(gè)也會(huì)相應(yīng)改變。愛(ài)因斯坦把這種現(xiàn)象形容為“如幽靈一般的遠(yuǎn)距離作用”。

　　量子密鑰通信機(jī)和量子糾纏發(fā)射機(jī)——這兩個(gè)儀器相當(dāng)于發(fā)射器，都是負(fù)責(zé)把光量子發(fā)射到地面實(shí)驗(yàn)站。密鑰通信機(jī)是一對(duì)一，發(fā)射單個(gè)光量子到單個(gè)地面站，糾纏發(fā)射機(jī)則是一對(duì)二，把成對(duì)的糾纏光量子分別發(fā)射到兩個(gè)地面站。

　　除此以外，地面也一同建設(shè)了科學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)，包括1個(gè)中心——合肥量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)中心;4個(gè)站——南山、德令哈、興隆、麗江量子通信地面站;1個(gè)平臺(tái)——阿里量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

　　由此，衛(wèi)星、地面共同構(gòu)成“天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”。接下來(lái)的兩年間，系統(tǒng)將進(jìn)行“星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)、星地量子糾纏分發(fā)實(shí)驗(yàn)、地星量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)”四大實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

　　宇宙網(wǎng)紅“墨子號(hào)”的前世今生

　　“墨子號(hào)”作為我國(guó)自主研制的全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，從最初醞釀和前期技術(shù)貯備到如今成功發(fā)射，前后歷時(shí)十多年。下面，讓我們一起了解一下它的“星路歷程”。

　　◆ 2003年，潘建偉提出量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星計(jì)劃。

　　◆ 2011年1月，中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)啟動(dòng)，量子衛(wèi)星納入其中。

　　◆ 2011年12月，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星工程啟動(dòng)。

　　◆ 2012年12月，轉(zhuǎn)入初樣研制階段，衛(wèi)星開始成形。

　　◆ 2014年12月，轉(zhuǎn)入正樣研制階段，衛(wèi)星開始成熟。

　　◆ 2015年12月，完成星地光學(xué)對(duì)接試驗(yàn)，達(dá)到科學(xué)目標(biāo)要求。

　　◆ 2016年2月，完成大系統(tǒng)聯(lián)試，協(xié)調(diào)匹配性得到驗(yàn)證。

　　◆ 2016年7月，量子衛(wèi)星和長(zhǎng)征二號(hào)丁火箭從上海運(yùn)往酒泉。

　　◆ 2016年8月16日，發(fā)射成功。

　　根據(jù)潘建偉院士的介紹，天地量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)非常復(fù)雜，對(duì)天地實(shí)驗(yàn)設(shè)備的要求也異乎尋常的高。“衛(wèi)星研制過(guò)程中，最困難的環(huán)節(jié)就是有效載荷，攻克了許多技術(shù)難題才拿下。如量子糾纏源。實(shí)驗(yàn)室中糾纏源的體積非常大，但真正升空時(shí)卻必須盡量小型化。靠著一系列國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)的創(chuàng)新才逐步滿足空間環(huán)境要求。”

　　璀璨星群，“宇宙網(wǎng)紅”攜手撐起一張網(wǎng)

　　泰伯網(wǎng)了解到，若效果達(dá)到預(yù)期，下一步我國(guó)還將計(jì)劃發(fā)射“墨子二號(hào)”、“墨子三號(hào)”。 “由于強(qiáng)烈的太陽(yáng)光背景，目前，星地量子通信還只能在夜間進(jìn)行。而且，單顆低軌衛(wèi)星也無(wú)法覆蓋全球，依然需要形成一個(gè)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)更好進(jìn)行服務(wù)。”

　　根據(jù)計(jì)劃，到2030年左右中國(guó)力爭(zhēng)率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。而在此基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)將積極構(gòu)建信息充分安全的“量子互聯(lián)網(wǎng)”，形成完整的量子通信產(chǎn)業(yè)鏈和下一代國(guó)家主權(quán)信息安全生態(tài)系統(tǒng)。未來(lái)，一個(gè)由幾十顆量子衛(wèi)星組成的“璀璨星群”，將與地面量子通信干線“攜手”，支撐起“天地一體”的量子通信網(wǎng)。

       “隨著中國(guó)科技的迅猛發(fā)展，我相信量子通信將在10年左右時(shí)間輻射千家萬(wàn)戶。期盼在我有生之年，能親眼目睹以量子計(jì)算為終端、以量子通信為安全保障的量子互聯(lián)網(wǎng)的誕生。”潘建偉說(shuō)，“我相信中國(guó)科學(xué)家們做得到。”

　　Tips：量子通信衛(wèi)星，為何你叫“墨子”號(hào)?

　　大家一定會(huì)疑問(wèn)，為何這顆衛(wèi)星被起名為“墨子”?其實(shí)，它正是為了紀(jì)念生活在2000多年前崇尚科學(xué)的中國(guó)古代思想家，也是世界上第一位開展光學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)家。

　　“墨子解釋了小孔成倒像的原因，指出了光的直線進(jìn)行的性質(zhì)。而這是對(duì)光直線傳播的第一次科學(xué)解釋。”潘建偉院士接受記者采訪時(shí)提到。

　　說(shuō)起來(lái)，我國(guó)是最早發(fā)明“光通訊”的國(guó)家。周幽王烽火戲諸侯的故事，便是原始的光通訊。大約2400-2500年千，墨子遍把光通訊進(jìn)行了大大發(fā)展,做出原始的“編碼程序”,創(chuàng)造旗鼓烽燧聲光混合編碼，在不同情況下進(jìn)行有效組合，以達(dá)到傳遞有用信息的目的。