长征二号丁运载火箭搭载“墨子号”科学试验卫星升空

一年多前，我国用长征二号丁运载火箭于酒泉卫星发射基地成功发射了“墨子”号量子科学试验卫星。而就在“墨子”号发射后一年多以来的时间里，无论是西方媒体还是我们的邻国俄罗斯，都传出了一系列让人“唏嘘”的评论，比如俄罗斯媒体就出现了“墨子号”量子科学试验卫星造成了2017年上半年俄罗斯气温过低、严寒的“奇葩”言论......

总之，对于“墨子”号究竟能不能造成俄罗斯的气候问题我们无从回答，更没有直接证据。但是，我们可以向大家讲解“墨子”号量子科学试验卫星究竟有什么真正令世界震惊能耐？

说起“量子”通信，首先要解释量子究竟是什么？这个问题可能就会让很多人头大了。更别说量子是美军引以为傲的电子战“终结者”，以及量子“纠缠”。目前，量子通信还没有严格的定义。物理上，量子通信可以理解为物理极限下，利用量子效应实现的高性能通信。信息学上，我们认为量子通信是利用量子力学的基本原理或者利用量子态隐形传输等量子系统特有属性，以及量子测量的方法完成两地间的信息传递。

量子纠缠示意图

量子纠缠是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象。虽然粒子在空间上可能是分开的，但它们的状态确实是“纠缠”的。也就是说，处于量子纠缠态的粒子系统中，虽然可以将粒子在空间上分开，距离很远，但只要有一个粒子的状态发生改变，那么另一方的粒子的状态也会相应的发生改变。

假如，我们假定粒子顺时针的转时为“1”，逆时针旋转时为“0”。量子纠缠的两对粒子放在A、B两处，初始时都逆时针旋转，A、B两地的粒子就会都出现“00”状态。当A地许需要向B地船底信息“01”时，则改变A地的一个粒子的旋转方向。此时，B地的相应粒子也立即发生同样的旋转方向改变，B地的“粒子”就会出现“01”状态，信息传递也就实现了。在量子通信的传递过程中，并没有发生类似电磁波等媒介的传播，纠缠的粒子就只是同步发生着状态变化。因此，目前哪怕是走在电子战技术顶尖的美军，在理论上目前也无法用电子战对量子通信产生任何干扰和影响！

量子纠缠的速度

另外，中国科学技术大学潘建伟教授通过对量子隐形传统研究项目通过对量子纠缠的传输速度研究发现，量子纠缠的传输速度要超过光速，而且要高出4个数量级。在量子纠缠的帮助下，量子信息可以被瞬间传输并复制，就好像科幻小说中描写的“超时空传输”，一个敌方的量子运动状态不需要任何载体的传输，立刻就在另一个敌方被神秘的复制出来。当然，量子通信并没有真正的实现所谓的物质“超时空传输”，因为现在的传输的只是处于量子纠缠中的粒子运动状态，而不是粒子本身。但这样的传输速度已经超越目前一有的所有科技了！丹麦物理学家尼尔斯·玻尔就将量子纠缠成为“鬼魅似的远距离作用”。

当量子纠缠的传输速度比光速高4个数量级时，速度为30公里/秒的光要用1万年才能传递的距离，使用量子纠缠的传输时间仅为1年！如果从银河系中心到银河系边缘的6万光年距离例，量子通信只需要6年；如果量子纠缠的传输速度高出5个数量级，则从银河系中心到银河系边缘则只需要7.2个月；如果量子纠缠的传输速度高出6个数量级，则从银河系中心到银河系边缘则只需要22天；如果量子纠缠的传输速度高出7个数量级，则从银河系中心到银河系边缘则只需要2.2天；如果量子纠缠的传输速度高出8数量级，则从银河系中心到银河系边缘则只需要5.3小时；如果量子纠缠的传输速度高出9个数量级，则从银河系中心到银河系边缘则只需要31.6分钟；如果量子纠缠的传输速度高出10个数量级，则从银河系中心到银河系边缘则只需要3.2分钟！

量子通信安全性的示意图，可有效避免窃听

量子通信的安全性

量子通信的安全性源于量子力学的基本原理，其中之一便是不确定性原理，也称测不准原理，即不可能同时精确测量两个非对易的物理量，如量子的坐标和动量；二是测量坍塌原理，即对量子态进行测量会不可避免地使该量子态坍塌所到某一个本征态上，这意味着对量子态进行测量都会留下痕迹；三是不可克隆定理，即一个未知的量子态是无法被精确克隆的。量子通信正式利用了量子的这些不确定性，一旦信道上有窃听发生，通信本身必然受到影响，从而达到发现窃听者的目的，从而保证信道的安全。

但是这个量子通信系统也有确定，通信的两者之间只能在机密消息传送之后才能发现是否有窃听的出现，而不能在传输过程中察觉。因此通常在使用信道传输真正的机密消息之前，只能用量子密码方法传输一个甚至多个随机的密钥，来判断信道是否安全。实际上这是为了保证通信安全的一个基本处理原子，随机密钥可以是一个随机的比特序列。这样，当消息正在传输时，窃听者通过测量量子系统的状态来取消信息时必然改变原有状态。如果通信双方发现密钥在传输过程中受到窃听，他们就会丢弃它。然后重新传输另一个随机密钥，制导没有窃听出现为止。

量子通信的应用

量子通信基于量子信息传输的高和超级安全性作为新一代通信技术，近些年来已经成为国际科研竞争中的焦点领域之一。

早在2010年7月，中国安徽省合肥市城区量子通信试验示范网就启动建设，投入经费6000多万元。经过1年多的努力，项目建成后各项指标均达到设计要求。该项目2012年3月29日通过安徽省科技厅组织的专家组验收，30日正式投入使用。主要用户为对信息安全较高的政府机关、金融机构、医疗机构、军工企业和科研院所。合肥量子通信网的建成后，北京、济南、乌鲁木齐等城市也开始进行量子通信网的建设，这些城市将来将与包括“墨子”号量子科学试验卫星在内的量子卫星进行链接，形成中国国家广域量子通信体系。

百年前，无线电的出现让普通公众还无法理解像神一样的技术和现象。如今，量子通信能够让上千公里外，甚至上万公里，上几十万公里外的瞬间信息传播，有可能会让不少人无法理解，而且还更加不容易破解！然而，我们不知道电磁波还会在人类社会中继续震荡多久，但量子通信必将带给人类更美好的未来！

本文为科普中国网军事频道原创，作者京腔热血小鲨鱼。