墨子号量子卫星(墨子传信是什么技术)
来源：解放军报客户端
号外！号外！8月16日凌晨1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星——“墨子号”发射升空。这将使我国在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。量子卫星首席科学家潘建伟院士说，墨子最早提出光线沿直线传播，设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。以中国古代伟大科学家的名字命名量子卫星，将提升我们的文化自信。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！
量子卫星有何神奇之处？
其实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。
什么是量子保密通信？
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。
基于纠缠的量子通信？心有灵犀？
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。
量子卫星VS量子通信？
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。
量子计算：魔法般的高速计算
量子纠缠还有一个更了不起、但也更遥远的应用领域：量子计算。传统计算机离它的理论极限似乎已经不远，其中既有物理学导致的硬件局限，也有算法方面的软件局限。
对一些运算量特别巨大的问题，传统计算机需要消耗的时间长到人类等待不起，甚至宇宙都等不起，目前看来量子计算机是唯一可能的出路，它会比传统计算机快亿万倍。
传统计算机算法基础是０或１的状态，而量子计算机则可以实现“既是１又是０”，多个纠缠在一起的量子比特能同时实现指数级别递增的运算威力，轻易碾压传统并行计算。
当然，研究还处在非常基础的阶段，很多问题尚待解答：用什么制作量子比特？怎么让它们维持那脆弱而短暂、特别容易遭到干扰的量子态？怎么对它们进行编程？制造量子计算机是不是需要有别于传统计算机的全新思路？用传统计算机发展历史来比拟的话，量子计算大概处于还在研发真空管的时代，让我们等吧……
量子通信大发展
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。
此外，据英国《自然》周刊报道，中国人还将尝试“隐形传送”量子态，即在一个新位置重建某个光子的量子态。
加拿大、日本、意大利和新加坡的研究人员也透露了在太空中进行量子实验的计划，包括建议在国际空间站进行的一个实验。
中国的这项实验将尝试创造出一种高效可靠的量子隐形传态方法。
研究人员说，实现了量子隐形传态后，便能制造出一种分辨率极高的望远镜。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的物理学家保罗·奎亚特说：“你不仅能看到那些行星，理论上来说，还能看清木星卫星上的车辆牌照。”奎亚特参与了美国航空航天局的项目。
这个中国航天器的首项任务便是将光子对发射到北京和维也纳的地面接收站中，从而形成密钥。
但是，随着研究工作的进行，这颗卫星可能很快便会迎来其他卫星的加入。
中国科学技术大学物理学家陆朝阳告诉《自然》周刊：“如果首颗卫星表现不错，中国肯定会发射更多。”
“量子+”时代来临？
互联网+正在改变我们的生活，“量子+”正在改变互联网。量子手机、量子签章、量子测量仪在不久的将来也有望出现。甚至量子信息将与各行各业融合，迈入“量子+”时代。
天地一体化量子通信体系的搭建和逐步完整，为这些应用产品在各行各业的出现提供了无限可能。业界都在密切关注量子通信技术未来发展应用方向。
2015年云栖大会上，阿里巴巴和中科院共同发布阿里云量子加密通信产品，通过量子加密手段增加互联网安全，宣告了互联网迈入了量子时代。
与其他新兴技术不同的是，业内人士对于量子通信产业未来研判的思路较为清晰。
从业内人士的预判来看，这需要经历量子通信网络设备技术提升、全国性量子通信广域干线搭建、新的服务平台商出现三个阶段。这也是量子通信产业链的逐步延伸和完善。
在业内人士看来，量子通信已经进入茁壮成长期，重点应该放在量子通信网络设备的技术提升，使得设备更加稳定、易于维护、成本下降，这需要与产业链上游的器件紧密合作。
同时，这一时期的另一个重点是在现有基础上延伸搭建量子通信的基础干线。“京沪干线建成后，将继续搭建延伸到三亚，并从上海搭建到武汉的干线，完成一纵一横的干线搭建。长三角环网也逐渐形成，满足这些区域用户的刚性需求。”
第二个阶段是随着量子通信网络设备的成熟，由运营商主导，进行全国性的组网。这个阶段也将逐步形成量子通信领域的相关标准，并有望诞生量子在各个领域的应用产品。
“以量子手机为例，就是量子通信应用技术的一个重要发展方向，相关的核心技术还需要攻关。”科大国盾量子的一位人士告诉21世纪经济报道记者。
在量子通信成为信息产业的基础设施之时，将迎来量子通信产业发展的第三个阶段。这个时期会出现一批新的平台商，同时，各行各业都有大量的应用量子通信产品走进千家万户。
那时，“量子+”的时代也就来临了。
