還記得去年8月16日，全球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嗎？（2016年8月16日1時40分，世界首顆量子科學實驗衛星在酒泉衛星發射中心發射升空。）
這顆衛星從研製，到發射，直到今天，一直受到人們的持續關注。最近它又登上了著名的期刊《科學》（《Science》）雜誌的封面。
6月15日，《科學》雜誌封面上，「墨子號」從星空向地面發出兩道光，好像兩條長腿跨出一大步，象徵著量子通信向實用邁進一大步。《科學》雜誌報告說，中國「墨子號」量子衛星在世界上首次實現千公裡量級的量子糾纏，這意味著量子通信向實用邁出一大步。
登上封面的這篇關於「墨子號」的論文，題目是：《基於衛星的糾纏分發距離超過1200公裡》，來自中國科學技術大學教授、量子科學實驗衛星項目首席科學家潘建偉院士團隊。
（潘建偉院士）
Science網站首頁用大幅照片予以報導：《量子衛星令「鬼魅般的超距作用」成為現實》。
據Nature（自然科學）網站的頭條報導，中國量子衛星克服了超安全通信的主要障礙。量子衛星探針實現了創紀錄的遠距離量子糾纏，這能夠實現基於量子技術的數據加密傳輸。
除了專業的期刊雜誌外，很多媒體也對此做了大量報導。
以報導技術新聞見長的《Wired》（《連線》）雜誌發表題為《中國衛星在城市間傳播量子信號》的報導。
BBC也對此做了報導：《中國的量子衛星實現大飛躍》。
同樣，還有《每日郵報》：《中國「無從破解」的試驗衛星發送第一條的信息，實現量子通信新突破》。
以及《洛杉磯時報》：《中國衛星實現太空與地面量子糾纏分發子，打破量子物理紀錄》。
這些報導內容是不是很難理解？有點不明覺厲？
那麼，CD君（ID：chinadailywx）為你科普一下，看看「墨子號」到底是什麼，對人類、對中國到底有什麼重要意義，中國在此項技術上到底取得了什麼突破？
「墨子號」之所以為人所關注，是因為它的發射使得中國的量子通信技術位居國際先進水平之列。
量子，是現代物理學中最重要的概念之一，最早由德國物理學家M·普朗克在1990年提出。量子（quantum）一詞來源於拉丁語的quantus，是「相當數量的某物質」的意思。
物理學認為，世界上所有的物質都是由極小的微粒組成。一個物理量，如果有最小而且不可連續分割的基本單位，這個最小的單位就被稱為「量子」。
我們所熟知的分子、原子、光子、電子都是量子的具體表現形式。
上面我們說到，量子是不可連續分割的最小單位，那麼用量子通信的方式傳遞信息，其實就是傳遞光的最小能量單元。
據潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信構建了一張連接每個城市、每個信息傳輸點的「網」，那麼量子科學實驗衛星就像一桿將這張網射向太空的「標槍」。當這張縱橫寰宇的量子通信「天地網」織就成功，海量信息將在其中來去如影，並且「無條件」安全。
（2016年10月12日，在北京舉行的量子科學實驗衛星成果新聞發布會上，潘建偉院士介紹量子衛星與興隆站建立鏈路的圖片。）
「墨子號」衛星正是這樣的一桿重要的「標槍」。
（量子衛星與阿里站建立鏈路。圖為中科院提供）
量子通信的核心就是量子糾纏。量子糾纏是一種量子力學現象，是指量子在由兩個或兩個以上量子組成的系統中相互影響的現象。
通俗地說，就是兩個處於糾纏狀態的量子就像有「心靈感應」，無論相隔多遠都可瞬間互相影響，愛因斯坦稱之為「鬼魅般的遠距作用」。
而量子糾纏分發，就是將一對有「感應」的量子分置於兩地。尤其適用於保密通信，對傳輸信息進行安全加密，在此基礎上進行的量子通信技術，被譽為信息安全的「終極武器」。
量子通信之所以安全，是因為量子具有不可分割性，量子態具有不可複製性，從而能夠保障信息的不可竊聽和不可破解。從原理上可以確保身份認證、傳輸加密以及數字籤名等絕對安全，從根本上、永久性解決信息安全問題。
要讓量子通信從理論變成實踐，需要實現量子糾纏的遠距離分發。但量子地面傳輸無論通過光纖或大氣都有較大信號損耗。
此前國內外地面實驗的分發距離一直停留在百公裡量級。「墨子號」去年年底進行的重要實驗，傳輸距離紀錄為144公裡。
解決這個問題的一個有效辦法就是利用衛星向地面分發。作為世界首顆量子科學實驗衛星，「墨子號」星地糾纏分發的傳輸衰減僅是同樣距離地面衰減的萬億分之一。
但這種方式對精度要求極高，好比從萬米高空飛機上扔下一連串硬幣，在地面用存錢罐接住。
然而，「墨子號」衛星做到了！
潘建偉團隊通過兩個距離1203公裡的地面站點——青海德令哈站和雲南麗江高美古站——和衛星之間發射量子，首次在千公裡級別距離上實現了量子糾纏，創造了世界紀錄。
「這項工作是糾纏分發技術的一個真正突破，」美國麻省理工學院凱克極限量子信息理論中心主任塞思·勞埃德說，「這項實驗表明遠距離量子通信確實在技術上可行，讓人們看到了在不久的未來構建遠程量子通信的希望。」
"The experiment shows that long-range quantum communication is indeed technologically feasible and holds out the promise of the construction of long-range quantum communication networks in the near future."——Seth Lloyd
「墨子號」科學應用系統總設計師彭承志說：「這是量子衛星上天以來迄今為止發布的最大成果。」
潘建偉說：「這項工作為未來開展大尺度量子網絡和量子通信實驗研究，以及開展外太空廣義相對論、量子引力等物理學基本原理的實驗檢驗奠定了可靠的技術基礎。」
《科學》雜誌在一份簡介中將這項中國科學家獨立完成的工作稱為「一項裡程碑式的研究」。
這篇登上《Science》封面的論文，得到了審稿人的高度評價：
這一成果是「兼具潛在實際應用和基礎科研重要性的重大技術突破」、「毫無疑問將在學術界和廣大社會公眾中產生非常巨大的影響」。
更是獲得了同行科學家的一致認可。
美國波士頓大學量子技術專家亞歷山大·謝爾吉延科說，這是一個英雄史詩般的實驗，因為有許多不利因素可能破壞這個裡程碑式實驗中光子糾纏的量子性質，這對研究人員很不利。中國研究人員的技巧、堅持和對科學的奉獻應該得到最高的讚美與承認。
"This is a heroic experiment becauseso many detrimental factors were working against researchers (and) attempting to destroy a quantum nature of the photonic entanglement in this landmarkexperiment." "Chinese researchers deserve a greatest praise and acknowledgement of their skills, persistence, and devotion to science." ——Alexander Sergienko
加拿大卡爾加裡大學物理學家沃夫岡·迪塔爾表示，「我已經被中國團隊的結果震驚了，我個人之前看到量子衛星發射後，並不確定能獲得什麼結果」，也不確定他們是否能用它實現技術突破。
「I am really impressed by the result of the Chinese group.」 「To me, it was not clear after the satellite launch if they would succeed,」 or whether they would use it to learn for the next improved mission. ——Wolfgang Tittel
加拿大滑鐵盧大學量子項目成員託馬斯·詹內懷恩表示，這個中國團隊已克服了好幾個重大技術與科學挑戰，清楚地表明了他們在量子通信領域處於世界領先地位。
"I would like to say that the Chinese group has overcome several major technical and scientific challenges and clearly demonstrated their world leadership in the field of quantumcommunication."——Thomas Jennewein
他還說：「這是一項偉大成就，他們從這個大膽的想法開始，最終成功將它實現了。」
"It's a huge, major achievement." "They started with this bold idea and managed to do it."
巴黎量子計算中心的副主任伊蘭妮·迪亞曼蒂對《連線》雜誌這樣評價道：「就量子通訊網絡的距離延伸來講，這是裡程碑式的成就。」
「For extending the distance of quantum communication networks, this is a milestone.」——says Eleni Diamanti
國際知名量子信息科技先驅埃克特·艾克教授在給BBC發的郵件中也興奮地寫到：「中國的試驗是一項非凡的技術成就。」
"The Chinese experiment is a quite remarkable technological achievement." ——Artur Ekert
艾克教授還在郵件中回憶到，上世紀90年代，他在牛津大學讀書時，便提出了利用成對光子進行加密的想法。「我提出這個方案時，可沒想過它會被提升到如此的高度。」
對於未來的研究方向，潘建偉表示，除了量子密鑰和通信實驗之外，他們還將運用「墨子號」測試重力對於量子糾纏形態的影響，並將在兩年內發射另一顆量子衛星。其他同事認為這個想法太雄心勃勃了，因為這意味著兩套在太空中的量子發射系統，可能實現宇宙中的量子糾纏。
來源：新華社、Nature、Science等
編輯：胡雨濛、袁夢琪（實習）