我國首顆量子科學試驗衛星“墨子”發射升空，據説，這顆衛星成功運行後，我國將成為世界上第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家。那麼，到底什麼是量子啊？量子衛星有什麼神奇之處呢？

小編答

據小編了解，這個被命名為“墨子”的世界首顆量子科學實驗衛星，其科技含量及精密程度可謂是達到了該研究領域前所未有的高度。那麼“墨子”到底有何神奇之處呢？在回答這個問題之前，小編先給您科普一下“量子”。

在物理學界，一個物理量如果存在最小的不可分割的基本單位，那麼，這個物理量就是量子化的，並把這個最小單位稱為量子，而且量子也是以某種粒子狀態存在的。而我們看到的光，其實也是以光子為單位在不停地變化著。可以想象，我們舉手投足間，甚至一個呼吸之間，都有上萬億的量子在移動。

量子有著堪稱神奇的兩個絕技：“分身術”和“遠程心靈感應”。你可別小看這兩門功夫，當前最強悍的量子計算機和最安全的量子通信，關鍵靠的就是它們。

量子“分身術”也叫量子疊加，就是一個量子可以同時以好幾種狀態存在。這個絕技是幹什麼用的呢？首先一個應用就是幫助計算機實現並行計算。這個能力有多強？舉個例子，如果用現在的計算機分解一個300位的大數，需要15萬年，而用量子的”分身術“並行運算，只需要一秒鐘。

量子的另一個絕技“遠程心靈感應”，學名叫量子糾纏。就是如果兩個相似的量子距離足夠近，就會發生糾纏。然後把他們分開，無論有多遠，這兩顆量子的狀態就好像一對有心靈感應的雙胞胎一樣，一個開心，另一個也會笑。一個哭了，另一個一定也難過。這個可能是科學中最奇特的現象之一。

神奇的量子還有兩個怪癖：不可分割、不可克隆。別嫌它古怪，要想做量子保密通信還真得靠這兩個才行。利用量子的這兩個怪癖，可以製作出最安全的保密鑰匙，可以讓我們目前的信息傳輸變得更安全。這又是怎麼回事兒呢？我們繼續探究。

我們都知道，在如今電子通信時代，信息安全脆弱得像一層窗戶紙，基於計算複雜度的經典加密體系一次次被破解，絞盡腦汁的信息加密最終可能都形同虛設。譬如，在軍事領域，你想用電磁波傳遞一個秘密，但“音量”再低，也防不住精細的竊聽。你設法將“音量”調低到如此程度：只發射一顆光子，但任何間諜去測量都會破壞它，從而被發現。

為何會如此呢？那是因為傳統光通信是通過光的強弱變化傳輸信息。從中分出一丁點光並不影響其他光繼續傳輸信息，測量這一丁點光原理上就能竊取信息。而且，當前通信普遍使用的、以數學為基礎的密碼體制，也始終存在著被破譯的風險，比如，公鑰加密技術。

公鑰加密技術，簡單地説，就是拿兩個很大的質數A和B進行乘積，然後把這個乘積作為公鑰進行加密，然後用質數A或B進行解密。雖然得到A和B的乘積很容易，但是要直接從這個乘積分解成兩個質數，就非常非常難。但是隨著計算能力的不斷提高，尤其是基於量子計算機的shor算法的出現，讓基於大數因子分解的公鑰加密技術，變得越來越脆弱。

這也就導致了，即使在通信技術如此發達的今天，各國間涉及政治外交、軍事安全的大部分機密信件和物品，仍然通過最傳統的方式——外交信使來傳遞。即便是再高級的保密通信，只要是通過當前的電話線、無線電、光纖等手段，都會面臨被破譯和竊聽的可能。

而量子密鑰就不一樣了。它由A向B發射一系列不同偏振態的光子，B對其進行隨機測量，然後選取符合A要求的測量結果作為密碼。在驗證密碼的過程中，如果存在竊聽行為，可以從測量結果的錯誤率中發現。

也就是説，使用量子通信，信息已經微弱到了極限——量子級別，再小心的讀取都會徹底改變它，而不可能只改變一點點。因為依靠量子糾纏，也就是愛因斯坦説的“幽靈般的超距離作用”來工作——兩顆光子無論相距多遠，總是“心靈感應”：一個變化，另一個就保持同步。如果量子通信過程中存在竊聽或者信息複製等測量行為，由於量子密碼具有不確定性、不可克隆性，因而竊聽者是永遠無法獲取全部信息的。

理論上，量子密鑰分發克服了經典加密技術內在的安全隱患，是迄今為止惟一被嚴格證明是無條件安全的通信方式。中國量子衛星的保密原理就是如此。理論上絕對安全的密電一旦實現，銀行和軍隊都將獲益。

如今，我國首顆量子科學試驗衛星“墨子”已經發射升空，它在兩年的設計壽命中所要進行的量子密鑰分發、量子糾纏分發和量子隱形傳態三大實驗都已在地面進行過，但是在衛星和地面這麼大尺度的空間展開，在全球來説還是首次。

在“墨子”衛星發射後，中國還將陸續發射多顆量子衛星，力爭在2030年前後率先建成全球化的廣域量子保密通信網絡。到那時，個人的網上銀行、手機支付、信用卡等就再也不怕被盜號，類似“棱鏡門”那樣的泄密事件也不會再發生了。我們在祝賀“墨子”發射成功的同時，一起拭目以待吧！