量子科學實驗衛星已經完成測試，預計8月16日發射升空
8月中旬我國的量子科學實驗衛星將從酒泉衛星發射中心發射升空，它是我國也是世界上第一顆量子科學實驗衛星，它將進行星地量子通信實驗。量子力學是現代物理學的前沿，量子通信聽起來更是「不明覺厲」，恐怕很少有人意識到，量子通信其實是通信保密的終極大殺器。
量子通信並非超光速通信，我們的火星車2021年上了火星，也無法用量子通信即時聯繫
很多人都暢想利用量子通信實現超光速通信，這樣我們和火星車之間就再也沒有時間延遲了，將來即使移民到遙遠的系外行星上，也可以和地球即時通話。還有人幻想使用量子通信設備後，太平洋中部水下巡航的彈道飛彈核潛艇通信臺前突然出現中央軍委的命令：美帝國主義已經無恥的向我國發動核攻擊，現要求遠徵X號潛艇使用巨浪二號飛彈執行核反擊任務，目標紐約。對這些美好的想像，現實恐怕要讓他們失望了，即將實驗的量子通信技術其實是一種基於量子的加密技術，使用糾纏態的量子分發加密用的密鑰，量子通信確切說是一種加密技術而不是通信技術。
基於數學的加密算法越來越不安全，於是人們把目光轉向神奇的量子物理
玄之又玄的量子通信原來只是量子加密技術！小夥伴們聽了都驚呆了，這到底是怎麼回事，請聽我從頭說起。現有通信系統中，保密是非常重要的環節，可也是十分棘手的問題。你用信封郵寄，防不住有人拆開看了再復原，如果用無線電波傳說，幹擾就不說了，還有偽造電文以假亂真讓人防不勝防。為了安全可靠的傳遞信息，人類很早就應用了加密手段，問題是現在最有效的加密方法基於數學上的大數定理，RSA算法的秘鑰還是可以被超級計算機破解的，怎麼辦呢？量子力學的發展為我們帶來了新的思路，從而出現了量子通信技術。
量子糾纏（Entangled）是一種十分神奇的現象，可以用它來分發秘鑰
量子是科學家普朗克提出的概念，他研究輻射時發現能量並不是無限可分的，並把不可分的最小單位稱為能量子，後來人們用量子來統稱這些不可分割的微觀粒子。除了不可分割這個特點，量子還有很多其他的特性，比如說量子不可克隆原理，量子不確定原理，還有量子糾纏中出現的「鬼魅般的超距作用」，它們是量子通信理論的基礎。量子不可克隆原理意味著你沒法像對待普通信息那樣複製竊取量子秘鑰，這是基於量子物理的基本原理，除非不確定原理也就是俗稱的測不準原理被推翻，否則不可能複製量子秘鑰，既然無法複製，那麼偽造就更行不通了，是不是很神奇？更奇妙的還有量子糾纏現象，以電子的「自旋」為例，處於糾纏態的一對電子無論分隔多遠，哪怕一個在地球另一個在比鄰星，你測量破壞糾纏態後，其中一個自旋表現為左旋，那麼另一個肯定是右旋，反之亦然。或許有人會說，這有什麼奇怪的，兩個黑箱分別放左旋和右旋的陀螺，我相隔多遠打開也是一樣的效果啊。且慢，量子糾纏的鬼魅之處就在這裡，測量前兩個電子的旋轉狀態是疊加的，既不是左旋也不是右旋，而測量的一刻隨機的出現左旋和右旋，而你的黑箱裡陀螺旋轉卻是確定的。量子通信正式稱呼是量子秘鑰分發（QKD），它應用了量子糾纏的神奇特徵分發秘鑰。
量子秘鑰分發需要量子信道（下）和常規信道（上）共同作用，所以超光速通信是肯定不可能的
現在的量子通信使用糾纏態的光子進行。具體地說，我們在北京製作一對糾纏態的光子，它們測量後會顯示I或II兩種偏振狀態，隨後我們把光子A發送到北京光子B發送到上海，上海的接收者測量光子B，發現它是I狀態，那麼北京的A光子測量肯定就是II狀態。通過連續生成發射和讀取這一串糾纏態的光子，就相當於分發了一組秘鑰。
量子秘鑰分發（上）利用光子的偏振，和傳統利用電波振幅的信息傳遞方式（下）形似而神不似
當然，由於光子測量出狀態時隨機的，僅僅有這些光子還不足以傳遞信息，我們還需要通過傳統通信手段傳遞測量結果，對照才能生成量子傳遞的秘鑰信息。由於光子狀態測量時是隨機的，所以秘鑰也是隨機的而且保證了一次一密，同時由於量子不可複製，所以一旦有人截獲了這些光子，那麼北京上海兩地的人對照測量出的一串光子I/II狀態後就會有錯誤，也就是發現了有人在竊聽。簡單地說，量子不可克隆原理確保了量子通信的保密性，而量子糾纏保證了量子秘鑰生成的隨機性，量子通信技術基於量子力學的基礎原理，保證了加密和保密的安全和可靠。
我國的量子科學實驗衛星發射升空後，將實驗上千公裡距離的量子秘鑰分發，我國還正在建立量子通信地面網絡
我國的量子科學實驗衛星重量大約600多公斤，衛星上搭載了量子糾纏源、量子糾纏發射機和量子密鑰通信機等載荷，它可以同時與地面上相距上千公裡的接收站建立量子鏈路，發送糾纏態光子分發秘鑰，利用量子物理的基本原理保證秘鑰的安全性，確保從身份認證到加密傳輸以及數字籤名的無條件的安全性，從根本上解決保密和信息安全的問題。從理論上說，量子通信技術可以做到絕對的安全性，面對量子通信分發的加密秘鑰，任何人都無法在不被發現的前提下攔截或是複製，而面對加密後的數據，由於一次一密秘鑰的完全隨機性，無論調用多大規模的計算資源，都無法實現破解。
量子通信研究你爭我趕，歐洲國家也在計劃使用衛星進行星地量子通信試驗
雖然量子通信不是超光速通信，不過它在信息安全上的作用，要比虛無縹緲的超光速通信要實用得多，作為未來保密通信的焦點，各國競相展開量子通信技術的競賽。目前我國，美國、日本和歐洲國家也都在進行量子通信研究，其中日本2014年已經將量子通信載荷SOCRATES作為次級載荷裝在ALOS2衛星發射升空，歐洲也計劃發射衛星進行量子通信實驗。我國量子通信實驗衛星已經被命名為墨子號，墨子最早設計了小孔成像實驗，可以說是光通信的鼻祖，我們期待墨子號衛星的發射升空，能讓中國在量子通信領域保持領先地位，並開啟人類保密通信的新篇章。
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