"墨子號"成功發射 上海開啟量子科學研究"小宇宙"

　　

　　圖片說明：「量子科學實驗衛星」工作示意圖。

　　東方網記者解敏8月16日報導：今天，備受矚目的中國首顆量子科學實驗衛星「墨子號」在酒泉衛星發射中心成功發射升空。「墨子號」衛星系統由中國科學院上海微小衛星工程中心、中科院上海技術物理研究所和中國科學技術大學共同研製，是我國發射的首顆量子科學實驗衛星，同時也是世界上首顆量子衛星。成功發射後，它將在全球率先實現高速星地量子通信。那麼，量子究竟是什麼？量子衛星的發射將為我們的生活能帶來哪些改變呢？

　　什麼是量子？

　　量子一詞來自拉丁語（quantum），意為「有多少」，代表「相當數量的某物質」。量子最早由德國物理學家普朗克在1900年提出。量子並不是一種粒子，而是指最小的、不可再分割的能量單位。例如，「光的量子」是光的單位。而延伸出的量子力學、量子光學等更成為不同的專業研究領域。

　　量子所特有的「分身」和「糾纏」兩大特性，註定了他的與眾不同。量子的「分身術「又被稱為量子疊加，一個量子可以同時以好幾種狀態存在。這一特性可以幫助計算機實現並行計算。如果我們分解一個300位的大數，用現在的計算機，需要15萬年，用量子的疊加效應並行運算，只要一秒鐘就可以算出來。

　　量子除了能夠「分身」還能「心靈感應」，如果兩個相似的量子距離足夠近，就會發生糾纏，他們就好像一對有心靈感應的雙胞胎一樣，能「感知」和影響對方的狀態。不管物體之間的距離有多遠，都能「感知」和影響對方的狀態。量子通信就是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。

　　

　　圖片說明：「量子科學實驗衛星」模型

　　量子衛星有什麼用？

　　隨著通信的飛速發展，信息傳送安全成為人們日益關心的問題。在保密通信領域，量子通信是迄今為止唯一被嚴格證明「無條件安全」的通信方式。通過量子通信，人們可以從根本上解決國防、金融、政務、商業等領域的信息安全問題。

　　傳統的通信加密和傳輸安全都是依賴於複雜的算法，但是只要對方的計算能力足夠強大，再複雜的保密算法都能夠被破解，所以都不能夠做到絕對安全。量子通信能實現衛星和地面之間絕對安全的通訊，這是由量子自身的特性所決定的。作為光的最小顆粒，單個的光量子在傳輸信息的時候具有測量不準、不可克隆等性質，這些特性構成了量子通信安全的基石。量子通信又稱為量子密鑰分發，原理上都是無條件安全的，哪怕計算能力再強，也是破解不了的，因此被稱為「絕對保密」。此次發射成功標誌著我國在世界上率先實現全球化的量子保密通信，未來或有助於建立一個極其安全的全球通信網絡。

　　量子衛星發射升天后如何工作？

　　成功發射的這顆量子衛星是一個立方體，高1.7米左右、重640公斤，內部構造分成上下兩層：下層是衛星的常規裝置，上層是和實驗相關的量子衛星的核心裝置。這些裝置主要參與量子衛星實驗中的一些核心部件，將同地面實現與量子相關的一系列實驗。

　　由於量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗，如果能夠在技術上實現糾纏光子在穿透整個大氣層後仍然存活並保持其糾纏特性，人們就可以在衛星的幫助下實現全球化的量子通信。

　　

　　圖片說明：量子糾纏

　　上海在量子科學領域做了些什麼？

　　在首顆量子科學實驗衛星發射後，我國還將陸續發射多顆量子衛星，力爭在2030年前後率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡。量子技術被稱為是下一個科技拐點，也被認為是繼網際網路技術之後，最有可能引發軍事、經濟、社會領域又一次重大革命的關鍵技術。為抓住量子技術發展契機，推進科創中心建設，上海已將「量子通信」列入科創中心「22條」意見明確的重大戰略項目。並在「十三五」科技創新規劃中，將「量子材料與量子通信」作為其中的重要戰略方向作了部署。

　　復旦大學擁有與量子調控直接相關的國家重點實驗室有1個，教育部重點實驗室有2個，共計已承擔科技部量子調控國家重大科學研究計劃項目7項，並承擔了量子調控領域重大科研儀器研發項目「電子自旋和自旋極化電流的時空演化成像系統」。華東師範大學的精密光譜鋪學與技術國家重點實驗室，長期從事精密測量領域研究，用量子力學的基本原理規律開展基因測量，並應用在了精確定位、導航、精確打擊等多個方面。

　　自2003年以來，上海已累計投入近1.2億元，支持量子方向相關項目200多個。例如2008年布局了「空間尺度量子實驗關鍵技術」，與此次量子衛星實驗密切相關；近年又以重大研究計劃的形式，對量子計算等未來重要方向進行了前瞻部署。同時，高度關注人才培養，在上海市自然基金中專門設立針對40歲以下青年人才的「量子調控」探索類項目，為支持該方向後備人才發展建立了綠色通道。