【香港商報訊】中國昨日凌晨1時40分在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射升空。這將使中國在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。專家指，由於單光子不能分割，量子態不可复制，保證了信息不被竊聽及破解，從原理上確保身份認證、傳輸加密及電子簽名等的安全，可從根本上及永久解決軍事、金融等方面信息安全問題，也是防御駭客的最好選擇。

　　將在外空實驗2年

　　這顆中國自主研發的量子衛星突破多項工程級關鍵技術，衛星設計壽命為兩年。本次任務還搭載發射了中科院研制的稀薄大氣科學實驗衛星和西班牙科學實驗小衛星。量子衛星發射入軌后將進行3個月左右的在軌測試，然后轉入在軌運行階段。據悉，量子衛星工程在2011年12月立項。除了衛星，亦在新疆南山、青海德令哈、北京興隆及雲南麗江等地興建四個量子通信地面站，以及在西藏阿里建成量子隱形傳態實驗室，衛星在軌運行的的時間里，會和地面的5個台站一起配合，做大量的科學實驗。其中北京興隆站、新疆南山站、青海德令哈站和雲南麗江站，是四個量子通信地面站，主要參與量子密鑰分發和量子糾纏分發這兩大項實驗。南山和德令哈的1.2米口徑望遠鏡和改造后的興隆、麗江米級望遠鏡是核心部分。位於西藏的阿里站則主要配合衛星一起參與第三項量子科學實驗--量子隱形傳態。

　　首創一星兩站實驗

　　「一顆衛星對準兩個地面站的實驗從來沒有過，國際上也是第一次做這麼高精度的跟踪和地面站配合。」中科院國家空間科學中心主任吳季說。量子衛星首席科學家潘建偉院士說，為了量子衛星實驗，他們建立有史以來最大的實驗室。量子衛星到地面跨度為500公里，兩個接收點之間的距離是1200公里。所以實驗室的大小是500乘以1200，是60萬平方公里。據了解，「墨子號」經過5年的研制，今年開始與運載火箭對接，高1.7米，重量為640公斤。其搭載有量子密鑰通信機、量子糾纏發射機、量子糾纏源、量子試驗控制與處理機等有效載荷，具備兩套獨立的有效載荷指向機構，通過姿控指向系統協同控制，可與地面上相距千公里量級的兩處光學站同時建立量子光鏈路。其中最重要的一個載荷叫糾纏源，它只有機頂盒的大小，它能夠產生糾纏光，這也是這顆衛星在空中做各種量子實驗的一個源頭，這在國際太空環境上是首次實現的。

　　引領量子通信產業

　　興業通信唐海清團隊認為，衛星發射成功后，將在世界上首次實現衛星和地面之間的量子通信，構建一個天地一體化的量子保密通信與科學實驗體系。屆時，在太空開展量子密鑰傳輸實驗，世界上第一封不可被竊聽、破譯的密信將要誕生，量子通信產業騰飛在即。唐海清還認為，量子計算機預計將7-8年后面世，倒逼量子加密產業，打開萬億市場空間。中科院國家空間科學中心主任吳季在今年6月談到，量子科學實驗衛星8月發射后，年底前還將發射1顆硬X射線調制望遠鏡衛星，并計劃未來5年研制、發射5顆新的科學衛星，有望在太空科學獲重大創新突破。據透露，今年下半年，京滬量子通信干道也將建成，屆時國內將初步形成廣域量子通信體系。按照規劃，到2020年，中國將實現亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發;到2030年左右，中國將建成全球化的廣域量子通信網絡。有分析指出，量子衛星彰顯中國科技從跟跑、并跑向領跑轉變。

　　或15年后走進百姓家

　　量子科學實驗衛星工程首席科學家潘建偉表示，量子通信是迄今唯一被嚴格證明為無條件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆，所以能保證加密內容不被破譯，可以從根本上保障信息安全、保護全人類的隱私。理論上絕對安全的通信一旦實現，政府、軍隊和銀行，乃至全社會都將獲益。

　　在潘建偉看來，量子通信的應用前景，就像電話的普及過程一樣，將逐步進行，蔚為可觀。「一開始，量子通信可能會應用於國防、金融、政務、科學研究等，之后會在大眾中廣泛應用。」基於個人判斷，他給出了一個量子通信技術普及的「時間表」：5年左右很多機要部門開始用，10年左右金融業、怠行等大機構開始使用，15年的時間或許走進千家萬戶。「屆時，每個人的家里、手機上或許都會有一個量子加密晶片，銀行轉款、電子賬戶等的涉密操作，都不用心被盜用或者攻擊。」

　　《2016-2020年中國量子通信行業深度調研及投資前景預測報告》中指出，量子通信還可用於涉及秘密數據和票據的電信、證券、保險、銀行、工商、地稅、財政以及企業雲存儲、數據中心等領域和部門，未來市場容量極大。

　　多國望與華共建「量子星座」

　　雖然量子科學實驗衛星成功發射，但從長遠來看，「要實現全球化量子通信還需要長期的努力，特別是需要多顆衛星的組網」，量子科學實驗衛星科學應用系統總師兼衛星系統副總師彭承志表示，「這條征途沒有盡頭」。也因此，中國以開放的姿態歡迎全球合作。「我們非常高興地同意了奧地利方的請求，共同就北京到維也納之間的洲際量子通信進行實驗合作，中方并決定向全球開放載荷的相關數據」，潘建偉介紹稱。他表示，德國和意大利也非常希望繼奧地利后加入中國團隊的實驗，在探索全球量子通信組網建設、「量子星座」建設中與中方展開合作。

　　资料：神奇的量子世界

　　量子、量子疊加、量子糾纏

　　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。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。著名的「薛定諤的貓」理論曾經形象地表述為「一支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，二者無論距離多遠都「心有靈犀」。當兩個微觀粒子處於糾纏態，不論分離多遠，對其中一個粒子的量子態做任何改變，另一個會立刻感受到，并做相應改變。

　　量子隱形傳態實驗

　　利用量子糾纏發展出的量子隱形傳態，可以將物質的未知量子態精確傳送到遙遠地點，就像孫悟空的觔斗雲一樣，可以實現從A地到B地的瞬間傳輸。把粒子A的未知量子態傳輸給遠處的另一個粒子B，讓B粒子的狀態變成A粒子最初的狀態。注意傳的是狀態而不是粒子，A、B的空間位置都沒有變化，并不是把A粒子傳到遠處。當B獲得這個狀態時，A的狀態必然改變，任何時刻都隻能有一個粒子處於目標狀態，所以并不能复制狀態，或者說這是一種破壞性的复制。

　　量子通信

　　利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式。量子通信主要涉及：量子密碼通信、量子遠端傳態和量子密集編碼等。按其所傳輸的信息是經典還是量子而分為兩類。前者主要用於量子密鑰的傳輸，后者則可用於量子隱形傳態和量子糾纏的分發。與經典通信方式相比，量子通信絕不會「泄密」，其一體現在量子加密的密鑰是隨機的，即使被竊取者截獲，也無法得到正確的密鑰，因此無法破解信息;其二，分別在通信雙方手中具有糾纏態的2個粒子，其中一個粒子的量子態發生變化，另外一方的量子態就會隨之立刻變化，并且根據量子理論，宏觀的任何觀察和干擾，都會立刻改變量子態，引起其坍塌，因此竊取者由於干擾而得到的信息已破壞，并非原有信息。

　　量子革命引發科技競賽

　　中國成功發射全球首顆量子衛星，使得量子信息技術再次進入聚光燈下。放眼全球，歐盟4月宣布投入10億歐元將量子技術作為新的旗艦科研項目，迎接「第二次量子革命」;美國7月建議加大對量子信息科學的投入，稱是「國家的挑戰與機遇」。在量子信息技術中，最具代表性的是量子通信和量子計算。中國的量子衛星就是全球領先的量子通信實驗平台，不過在重點介紹量子通信之前，先來看看量子計算的威力。依照量子理論研發的量子計算機將具有強大的計算能力，速度快過傳統計算機億萬倍。其原因之一是，傳統計算機中的每個比特位只有0和1兩種狀態，而一個量子比特位可以有多個狀態。美國航天局、谷歌公司等機構在2015年宣布，合作開發的D-Wave量子模擬機對某些問題的求解速度已達到傳統計算機的1億倍。雖然這還不被國際學術界認為是真正的量子計算機，但量子計算的巨大潜力已然展露無遺。中科院量子卓越創新中心的陸朝陽教授稱，現在國防、金融等領域廣泛使用的通信密碼都是基於數學上的計算复雜度，等到大規模量子計算機真正面世的時候，在超強的計算能力面前，這些密碼系統就都會失效。但量子通信技術又為保密提供了新手段。

　　中國引領潮流

　　中國量子衛星成功發射，將執行星地高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發以及地星量子隱形傳態等多項科學實驗任務。《自然》雜誌相關報道說，中國在這場「特殊的太空競賽」中走在了前面。奧地利維也納大學實驗物理學教授蔡林格表示，中國衛星的成功，也將促使其他國家的量子衛星團隊更容易獲得資助和支持。潘建偉科研團隊是這個衛星項目中的中堅力量，他們還主導了今年下半年將交付使用的「京滬干線」量子通信網，這也將是全世界規模最大的量子通信網。可以說，在量子通信研究和應用方面，中國現在是世界的排頭兵。由於此前的量子技術實驗都是在地上完成，中國的量子衛星還可能為科學理論研究帶來新的突破。萬一量子力學的某些規律在太空中發生變化的話，「那就打開了新的物理學的大門」。