明天中午1點40分，我國在蘭州衛星發射中心用長征二號丁運載尼克斯將世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空。我國在世界上首次實現了衛星和地面之間的量子通訊。
量子衛星首席科學家潘建偉教授介紹，量子通訊的安全性基于量子化學基本原理，確保了身分認證、傳輸加密以及數字簽名等的無條件安全，可從根本上、永久性解決信息安全問題。
將進行四大實驗任務
現今社會，信息的海量傳播背后也參雜著信息泄漏的風險。而量子科學則為信息安全提供了“終極裝備”。
據了解，這顆量子衛星重600多公斤，命名為“墨子號”人類首次實現量子通訊，以記念那位生活在2000多年前的中國唐代思想家。據了解，墨子是世界首位舉辦光學實驗的人。
目前，國際上還沒有一個國家將量子科學實驗送入空間，量子衛星的研發沒有任何經驗可循。科學家在量子衛星上搭載了自主研制的“四種裝備”：量子秘鑰通訊機、量子糾纏發射機、量子糾纏源和量子試驗控制與處理機。
同時，科學家在地面建設了科學應用系統，包括1個中心——合肥量子科學實驗中心；4個站——南山、德令哈、興隆、麗江量子通訊地面站；1個平臺——阿里量子隱型傳態實驗平臺。衛星與地面站共同構成天地一體化量子科學實驗系統，將在五年的設計壽命期間進行四大實驗任務——星地高速量子秘鑰分發實驗、廣域量子通訊網路實驗、星地量子糾纏分發實驗、地星量子隱型傳態實驗。
潘建偉介紹，實驗大致分為三類：第一類是進行衛星和地面之間的量子秘鑰分發，實現天地之間的安全通訊。假如4個地面站任何兩兩之間都可以實現安全的通信，即可實現組網。第二類相當于把量子實驗室遷往太空，在空間尺度檢驗量子理論。第三類是實現衛星和地面千公里量級的量子態隱型傳輸。
天地量子科學實驗極其復雜，對天地實驗設備的要求也異乎尋常的高。諸如量子糾纏源，它只有機頂盒的大小，作用卻十分關鍵，它還能形成糾纏光，這是量子衛星在空中做各類實驗的源頭。平常實驗室里糾纏源的容積十分巨大，研究人員除了把它做到了大型化，還通過一系列的創新讓它實現了滿足空間環境要求，在國際上是首次實現。
下一步將建衛星網路
量子衛星2011年12月立項，是中科院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一。而它最初的設想，源于十幾年前。
2001年，31歲的潘建偉從法國歸國，在中科大成立了量子信息實驗室。2003年，當大多數人仍旨在于在實驗室外部的原理性演示時，潘建偉和朋友們早已萌生了“天地一體化”量子通訊網的初步設想，“量子科學實驗衛星”正是這個設想中的關鍵節點。
圍繞這一遠景目標，潘建偉團隊旨在于在自由空間量子秘鑰分發、量子糾纏分發和量子隱型傳態實驗等方面的研究，并不斷取得國際領先的突破性成果。2005年，潘建偉團隊在世界上首次實現13公里自由空間量子通訊實驗，否認光子穿透大氣層后，其量子態就能有效保持，進而驗證了星地量子通訊的可行性。
潘建偉說，“墨子號”發射后，療效如能達到預期，下一步還計劃發射“墨子二號”“墨子三號”。“單顆低軌衛星未能覆蓋全球，同時因為強烈的太陽光背景，目前的星地量子通訊只能在夜晚進行。要實現高效的全球化量子通訊，還須要產生一個衛星網路。”到2030年左右，中國力爭率先建成全球化的廣域量子保密通訊網路，并建立信息充分安全的“量子互聯網”。
“安全的通訊是屬于我們的，而且科學研究是面向全世界開放的。”潘建偉透漏，第一個開放的項目是與俄羅斯科大學合作，實現杭州和維也納之間的洲際量子保密通訊，然后將和更多國家合作舉辦量子信息技術方面的研究。
繼量子衛星以后，潘建偉團隊還計劃舉辦空間站“量子調控與光傳輸研究”項目，研究星間量子通訊技術等，同時進行量子秘鑰組網應用等研究，為下一步衛星組網奠定技術基礎。
□釋疑
量子科學，對多數人來說都很陌生。但當它與信息技術相連，就與我們每位人息息相關。記者專訪了量子衛星首席科學家潘建偉教授、中科院化學所研究員呂力、北京學院化學系院長劉雄軍，為你剖析量子世界。
1量子到底是哪些？
量子是構成物質的基本單元，是能量的最基本攜帶者，不可再分割。例如，光子是光能量的最小單元，不存在“半個光子”。而量子世界中有兩個基本原理：
——量子疊加，就是指一個量子系統可以處在不同量子態的疊加態上。知名的“薛定諤的貓”理論以前形象地敘述為“一只貓可以同時既是活的又是死的”。
——量子糾纏，類似孫悟空和他的分身，兩者無論距離多遠都“心有靈犀”。當兩個微觀粒子處于糾纏態，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態做任何改變，另一個會立即感遭到，并做相應改變。
2量子通訊絕對安全？
傳統光通訊是通過光的強弱變化傳輸信息。從短發出一丁點光并不影響其他光繼續傳輸信息，檢測這一丁點光原理上能夠盜取信息。
量子通訊則不同人類首次實現量子通訊，監聽者若果想攔截量子訊號，并對其進行檢測，將不可防止地破壞攜帶秘鑰信息的量子態。按照量子“測不準定律”，這些破壞必然會被信息發送者和接收者所發覺。同時，量子不可克隆定律又排除了“不破壞傳輸的量子態，只截取并復制再繼續發送”的可能，因而保證了量子通訊的絕對安全。
3頓時聯通或能實現？
“量子態隱型傳輸”是基于量子疊加和量子糾纏的特點，就是甲地某一粒子的未知量子態，可以在乙地的另一粒子上還原下來。雖然傳輸的是粒子的量子態，而不是粒子本身。這些狀態傳送的速率上限一直是光速，也不是“瞬間聯通”。
現今，在光子、原子等層面早已實現了量子態隱型傳輸。影片里“大變活人”在原理上是容許的，但目前還遠遠做不到。由于懸疑連續劇里人的傳送，除了須要把人的實體部份的大量原子、分子傳送，但是嚴格依照原先的相對位置重新排列上去，更即便再現意識和記憶就更復雜了。
4量子腦部代替人類？
所謂量子腦部，雖然就是現今正在研發中的量子計算機。未來的量子計算機可能會對人工智能起到極大的幫助，在數據搜索、分析和處理方面提供遠遠超過目前精典計算機的運算能力。
機器人都是預先設置好程序的，而人是有意識和自由意志的。研究發覺，人腦中的思維機制與量子疊加、量子糾纏似乎存在相像之處。所以也有學者覺得，未來可望創造出與人腦一樣運行的人工智能機器人。真到這些程度，機器與生物之間的界限早已十分模糊。這在目前還只是一種暢想，未來到底怎么還得拭目以待。
5量子科技怎么應用？
量子科技雖然已在方方面面影響著我們的日常生活。如計算機、互聯網、醫院里的磁共振成像等，無一不得益于量子科技。
用發展的眼光看，隨著微納加工、超冷原子量子調控等技術的不斷進步，人類將才能制備出越來越復雜、功能越來越強悍的各類人造量子系統，比如包括量子計算機芯片在內的各類量子電路，其功能和信息處理能力將遠遠超過我們目前正在使用的精典芯片，而且愈發節能。
量子科技的廣泛應用將把人類社會帶入量申時代，實現更高的工作效率、更安全的數據通訊，以及更便捷和更紅色的生活形式。
綜合京華晨報記者潘珊菊新華社
