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    利用量子卫星通讯技术可以看清某个行星上的车辆牌照吗?有何依据和原理?

    这是一个误解,不是利用量子卫星通信技术可以看清木星上的车牌,而是反过来,我们已经有了一个精确对准的技术,其精度好比“看清木星上的车牌”,然后利用这个技术,我们可以实现量子卫星通信。

    这个说法为公众所知,是CCTV的节目《面对面》中对潘建伟的采访。

    潘建伟说的是:“我这里面需要发展两个比较好的技术。第一个技术,就相当于有个人在月球上,划一根火柴,我这仪器在地球上是能够看到的。我们还有另外一个技术,比如说这个时候在木星,木星是个气体星,在木星的轨道上,在它卫星的轨道上,如果停着一辆汽车,那个汽车上不是有牌照吗?比如说京A380或者386等等,我这仪器是能够清晰地看到木星上那个汽车的牌照。”

    主持人问:“您说的这两个技术,是实现了还是?”

    潘建伟答:“对,我们实现了。”

    主持人问:“已经实现了?”

    潘建伟答:“对呀,我们只有实现了这样的技术,我们才能来做我们这个实验。所以这个技术对我们将来很多精密测量,就是说我可以看很远,又可以看得很清楚,这个信号很微弱,我也能够看到。”

    由于双方是口语问答,又来不及讲原理,所以许多观众可能感觉是一头雾水。我写过很多对量子信息的科普文章,里面把相关原理都解释了,有兴趣的读者可以去看我的文章《你完全可以理解量子信息》。

    简而言之,潘建伟在这里说的是两个已经实现的技术,第一个是对单光子的探测,第二个是对高速运动物体的对准。

    第一个,所谓月球上划根火柴,有人可能会问:月球上没有氧气通讯,火柴怎么能点着呢?潘建伟的意思当然不是真的去月球上点个火柴,而是形容这个光源有多么微弱,离探测仪器有多么远,即使月球上发出一个非常微弱的光,地面探测站也能接收到。这就是单光子探测的技术。

    第二个,所谓木星上的车牌,有人可能会问:为什么要把汽车放到木星上?我们有能力把汽车送到木星上吗?这当然也不是重点,潘建伟不是说要发个汽车去木星(马斯克说不定会对这件事感兴趣),更不是说已经发了一个汽车去木星,而是形容一个光源离地面探测站很远,而且处于高速运动中。怎么接受到这样一个光源的信号?这就需要对准的技术,让地面观测站和光源之间时刻保持对准。

    为什么这两个技术很重要呢?因为墨子号量子科学实验卫星就是这样一个光源。

    墨子号量子科学实验卫星发射

    当墨子号跟地面之间进行量子保密通信的时候,它发出的必须是单个光子。因为量子保密通信要求光源一次只能发一个光子通讯,这样才能保证绝不可能被窃密。如果一次发的多于一个光子,潜在的窃听者就有可能窃密了。

    同时,这颗卫星并不是同步卫星,它跟地面不是处于相对静止,而是处于高速的相对运动之中。这也正是卫星有可能用于跨越上千公里甚至跨越大洲的量子保密通信的原因,因为卫星可以在很短的时间内飞越地面上遥远的距离。为了接收到这样一个高速运动的光源发出的光子,就好比天地之间的“针尖对麦芒”,需要非常高精度的对准技术。以前一个常用的比喻,是说这个精度相当于“在五十公里以外把一枚一角硬币扔进一列全速行驶的高铁上的一个矿泉水瓶里”(请一口气念完这个句子!)。这里用木星上的车牌来作比喻,意思是一样的。

    你明白了吗?

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