继可燃冰之后，中国量子通信领跑全世界！厉害了我的国

中国完全自主研制的世界上第一颗量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现了千公里级的星地双向量子通信，在不到一年的时间内完成了原计划开展两年的科学实验目标。中国科学院院长白春礼说，这标志着中国量子通信研究在国际上达到全面领先的优势地位。中国科学家利用“墨子号”开展的卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态，为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了坚实的科学和技术基础，同时向着空间尺度的量子物理和量子引力的实验探索迈出了第一步。它的一项任务是地星量子隐形传态实验。量子隐形传态这个实验或者现象对普通老百姓还是比较陌生。

图：中国科学技术大学潘建伟教授

打个比方刘谦的魔术再次引起了大家的好奇。在众目睽睽之下，钢琴家李云迪霎那间从舞台上消失了，几乎同时稳坐在相隔数十米开外的观众席中，向大家招手。我们知道，魔术终归是利用了某种障眼法，不是真实的。但是，从古到今，很多人总在心中幻想自己具备这种本事：在某个地方突然消失得无影无踪，在遥远的另外一个地方突然出现，毫发无损。在中西方的神话故事中或者科幻电影中也有类似的角色,在冲突中如果感到打不过对手，一方往往就会使出这一招，逃离危险。那么在现实世界中，真的可以发生这种事情吗？

物理学家为量子传送设立了一个新的大门：将信息从一个地方移动到另一个地方，而不会在任何位置之间发送任何东西。

两个独立的团队设法在两个城市的几个光纤网络传送信息。这种形式的传送与“星际迷航”中描述的不同：它涉及到转移轻微粒子的量子态，

长距离传送和光纤网络是一个重要的一步超通信承诺通过量子密码学。

可被视为未来的“量子网络”的构建块。

量子纠缠效应

纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式，是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。

光量子通信主要基于量子纠缠态的理论，使用量子隐形传态(传输)的方式实现信息传递。根据实验验证，具有纠缠态的两个粒子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化，利用这个特性实现光量子通信的过程如下:事先构建一对具有纠缠态的粒子，将两个粒子分别放在通信双方，将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量(一种操作)，则接收方的粒子瞬间发生坍塌(变化)，坍塌(变化)为某种状态，这个状态与发送方的粒子坍塌(变化)后的状态是对称的，然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对坍塌的粒子进行幺正变换(相当于逆转变换)，即可得到与发送方完全相同的未知量子态。

研究人员在20多年前首先提出量子传送，它依赖于称为量子纠缠的现象，其中两个粒子是不可分割的联系在一起的，这意味着它们的状态只能通过彼此相反的定义。

因为颗粒在测量之前不具有定义的状态，这意味着，一旦测量到一个粒子，它的状态将被设置，并且这将立即改变其纠缠的伴侣的状态，即使它们被距离很远，导致超快速通信。

在过去，研究人员已经设法通过可用空间传送距离更远的光子信息，但是这个实验使用光纤，这意味着它们的技术可能被用于使用现有的基础设施来创建量子互联网网络。

       中国科学家原计划在量子卫星两年的设计寿命中完成星地高速量子密钥分发实验；在相距1200公里的尺度上测试被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象；在“世界屋脊”西藏阿里和卫星之间实现量子隐形传态实验。而在不到一年的时间里，“墨子号”量子卫星提前、圆满地完成了预先设定的全部科学目标，系列成果赢得了巨大国际声誉。

　　量子卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说，这表明中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者。

除了“墨子号”量子卫星外，中科院在“十二五”启动实施的空间科学战略性先导专项中其他三颗卫星均已成功发射，“悟空号”暗物质粒子探测卫星、实践十号返回式科学实验卫星、“慧眼号”硬X射线调制望远镜卫星均获得了大量科学数据，相关科学成果将陆续发布。

　　   白春礼透露，中科院在空间科学先导专项中对“十三五”、“十四五”期间的科学卫星进行了安排和部署，这些计划聚焦当前国际重大基础科学前沿，包括宇宙的起源、黑洞、引力波、系外行星探测、太阳系资源勘探、太阳爆发机理、地球空间爆及其粒子逃逸、水循环和全球变化的关系等，其中中科院与欧洲航天局联合支持的太阳风-磁层相互作用全景成像卫星（SMILE）已经立项实施，爱因斯坦探针卫星（EP）、先进天基太阳天文台卫星（ASO-S）已经启动立项综合论证。

　　他说，中科院通过这些项目的实施，力争使中国在基础科学研究领域实现更多的重大突破，同时带动航天技术的发展，为将中国早日建成世界科技强国做出重要的和不可替代的贡献。