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———量子卫星“墨子号”背后的科技
8月16日,在我国酒泉卫星发射中心,随着一片火光冲天,长征二号丁运载火箭成功将量子科学实验卫星“墨子号”发射升空,使我国成为世界上首次实现卫星和地面之间量子通信的国家.
量子卫星究竟是何方神圣？作为太空密使,它有哪些神秘技能,又会给地球人的生活带来哪些变化？
“小精灵”让信息穿越
科学家称量子为物理世界的“小精灵”,它不是一种粒子,而是一个能量的最小单位,包括分子、原子、电子、光子等在内的所有微观粒子都是其表现形态.
量子“小精灵”的称号可不是浪得虚名,它自带的高超技能连物理学家都无法解读.如果两个量子粒子处在特殊的状态（俗称纠缠态）中,不管其空间分离得多远,当对其中一个粒子进行操作或测量,远处另一个粒子的状态就会瞬时发生相应的改变,就像一些双胞胎之间存在的心灵感应.爱因斯坦称这个现象为“幽灵般的超距作用”.
虽然现在还无法弄清量子纠缠的原理,但科学家们可以利用这一现象作为通信的手段.利用量子纠缠技术,通过量子密钥传输和量子隐形传态的方式,能将甲地某一粒子的未知量子态在乙地的另一粒子上还原.而“墨子号”就像一位太空信使,作为地面上两个实验站的*,构建一个区域通信网络,海量信息在这个网络间穿梭如影,全天候传播.
高难度收发信息
量子卫星上天后,会将经过编码甚至是纠缠的光子发射到地面上（每秒约发射一亿个光子）,与之对接的地面系统则负责接收光子并进行解码,完成通信过程.
这一接一收看似简单,却绝非易事.据量子卫星首席科学家潘建伟介绍,量子科学实验卫星在飞行过程中携带的两个激光器需分别瞄准两个地面站,同时向左、向右传输量子密钥,对跟踪精度的要求非常高.
“这就相当于人坐在万米高空的飞机上往下连续扔硬币,每一枚硬币都要准确丢到储蓄罐狭小的投币口里,而储蓄罐自身还在慢慢旋转.”量子科学实验卫星工程常务副总设计师兼卫星总指挥王建宇说.
尽管困难重重,但经过科研人员的不懈努力,量子卫星突破了一系列高新技术,包括同时瞄准两个地面站的高精度星地光路对准、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等,最终顺利升空.
不可破译的保密通信
量子科技虽然听起来“高大上”,实际上很“接地气”.在本世纪初,直接或间接运用量子理论的技术和装置便随处可见.从常见的CD唱片机到庞大的现代光纤通信系统,从无水涂料到激光制动车闸,从医院的磁共振成像仪到隧道扫描显微镜……量子技术已渗透到人们的生活中.
随着量子信息技术逐渐走向实用化,其衍生出的量子通信技术被誉为是继微电子信息之后,最有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术.
以往,光纤通讯被认为是最安全的信息传递方式,这是因为光缆能把所有的光能限制在光纤里,使外面得不到能量.但随着科技的发展,只需让光缆泄露哪怕很少一部分的能量,就能窃听其中传递的信号.
而量子通信则完全不会出现这种情况,因为它的密钥具有不可复制性和绝对安全性.一旦有人窃取,整个通信就会“自毁”并告知使用者.换句话说,量子卫星上天后,其发送的每一封信都只有天知地知、你知我知.
量子科技改变生活
量子技术不仅可以解决大规模的计算机难题,进行气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探,还能揭示新能源新材料、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制.
“随着量子技术的发展,未来5年,量子科技将在金融、通信等领域率先得到应用,10年后大的机构可能会参与进来,也许15年后,可以让量子加密芯片惠及大众,届时银行转账等不用担心*被盗用或遭遇攻击.”潘建伟说.（据经济日报）
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参考文献：
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