还记得如许的场景吗？影戏中，客人公走入一扇“恣意门”，霎时就穿梭离开另一个空间……在量子天下里，这大概不是梦想。

8月16日清晨，德律风呆板人破解我国乐成发射德律风呆板人破解了以“墨子号”定名的环球首颗量子迷信尝试卫星。这颗卫星体积不年夜，却为天下科技界注目。小小量子，后劲有限，标记着我国正引领环球的量子通讯钻研。它承载着率先摸索星地量子通讯能够性的任务，并将初次在空间标准验证量子实际的实在性。

那么什么是量子和量子通讯？为何要发射量子卫星？将展开哪些尝试？量子迷信和技能终究将带来一个怎么的将来？让咱们揭秘环球首颗量子卫星，带你一路走进神奇的量子天下。

“量子迷信尝试卫星”任务表示图。

一、科普工夫德律风呆板人破解：神奇的量子天下

问德律风呆板人破解：量子终究是什么？

答：量子是组成物质的根本单位，是能量的最根本携带者，不成再联系。比方，光子是光能量的最小单位，不存在“半个光子”，同理，也不存在“半个氢原子”“半个水分子”等等。量子天下中有两个根本道理：

——量子叠加，便是指一个量子零碎能够处在差别量子态的叠加态上。驰名的“薛定谔的猫”实际已经抽象地表述为“一只猫能够同时既是活的又是去世的”。

——量子胶葛，相似孙悟空和他的两全，二者无论间隔多远都“心有灵犀”。当两个微不雅粒子处于胶葛态，不管别离多远，对此中一个粒子的量子态做任何改动，另一个会马上感触到，并做相应改动。

问：天下上真有“相对平安”的通讯吗？

答：这得先说说通讯中信息是怎样被盗取的。传统光通讯是经由过程光的强弱变动传输信息。从平分出一丁点光并不影响其余光持续传输信息，丈量这一丁点光道理上就能盗取信息。

量子通讯则齐全差别！窃听者假如想阻拦量子旌旗灯号，并对其停止丈量，将不成防止地粉碎携带密钥信息的量子态。依据量子“测禁绝定理”，这种粉碎必定会被信息发送者和接管者所发明。

能否能够不粉碎传输的量子态，只截取并复制，再持续发送？这已被“量子不成克隆定理”齐全解除，于是也就包管了量子通讯的相对平安。

问：“量子态隐形传输”象征着能完成《星际迷航》里的霎时挪动吗？

答：“量子态隐形传输”是基于量子叠加和量子胶葛的个性，便是甲地某一粒子的未知量子态，能够在乙地的另一粒子上复原进去。实在传输的是粒子的量子态，而不是粒子自身。这种形态传送的速率下限依然是光速，也不是“霎时挪动”。

而今，在光子、原子等层面曾经完成了量子态隐形传输。影戏里“年夜变活人”在道理上是容许的，但今朝还远远做不到。由于科幻影戏里人的传送，不只需求把人的实体局部的年夜量原子、分子传送，而且严厉依照原来的绝对地位从头摆列起来，更况且重现认识和影象就更庞大了。

不外，跟着迷信的开展和技能的提高，大概将来咱们照旧能够完成人的量子隐形传态，到当时星际观光就不是梦啦。

问：未来呆板会不会像《变形金刚》里一样被装上量子年夜脑，从而代替人类？

答：所谓量子年夜脑，实在便是当今正在研制中的量子计较机。将来的量子计较机能够会对人工智能起到极年夜的帮忙，在数据搜寻、阐发和处置惩罚方面提供远远超越今朝经典计较机的运算才能。

呆板人都是事后设置好顺序的，而人是无意识和自在意志的。钻研发明，人脑中的思想机制与量子叠加、量子胶葛大概存在类似之处。以是也有学者以为，将来可望发明出与人脑一样运转的人工智能呆板人。真到这种水平，呆板与生物之间的边界曾经很是含糊。这今朝还只是一种畅想，将来终究怎么还得刮目相待。

问：量子技能什么时辰才干“飞入平凡庶民家”？

答：量子通讯今朝曾经完成在金融、政务零碎等中的运用。要让每团体都用上，乐不雅的话需求１０到１５年。这需求对网络根底举措措施停止改革，还触及到规范拟定。到时辰，团体的网上银行、手机付出、信誉卡等就再也不怕被盗号，“棱镜门”那样的泄密事情也不会发作了。

而量子计较今朝依然处于根底钻研的阶段，后退路途上还面对着巨年夜的应战，不晓得在二、三十年的工夫内可否完成开端利用。一旦获得停顿，其意义将是极端重年夜的。

问：量子迷信和技能终究将带来一个怎么的将来？

答：量子迷信和技能实在曾经在方方面面影响着咱们的一样平常糊口。咱们今朝正在广为运用的计较机、手机、互联网、工夫规范和导航，包含病院里的磁共振成像等等，无一不得益于量子迷信和技能。

用开展的目光看，跟着微纳加工、超冷原子量子调控等技能的不时提高，人类将可以或许制备出越来越庞大、功用越来越强年夜的各类天然量子零碎，比方包含量子计较机芯片在内的各类量子电路，其功用和信息处置惩罚才能将远远超越咱们今朝正在运用的经典芯片，而且愈加节能；再如可望制备出到达量子极限的能量搜集和转换器件，将引发动力革新；也无望年夜幅晋升对工夫、地位、重力等物理量超高精度的丈量，不只完成超高精度的潜艇定位、医学检测等，也将加深对物理学根本道理的看法。

二、为何要发射量子卫星

量子失密通讯技能曾经从尝试室演示走向财产化。在都会里，经由过程光纤建构的城域量子网络通讯曾经起头测验考试实践利用，我国在城域光纤量子通讯方面已获得了国际抢先的位置。

那为什么还要把量子尝试室从高空搬到太空呢？

“由于光纤的固有消耗，在光纤中完成远间隔量子通讯面对着巨年夜应战。”潘建伟说。

原来，用量子通讯方法通报信息，传送的是光的最小能量单位。但这种最小的颗粒，不克不及再被联系，也不克不及复制。即便采纳今朝最进步前辈的抱负单光子探测器，在1000公里光纤中停止点对点量子通讯，每300年也只能传输一个比特。“就比如一支领有100万人的步队，到最初能够只剩下几团体，花了很永劫间才干抵达目标地。”这种受制于光纤，不克不及放年夜量子通讯旌旗灯号的成绩，招致了在远间隔上信息通报服从很低，令迷信家们束手无策。固然经由过程量子中继伎俩，即分红多少段传输来低落每一段的消耗，用“量子接力”的方法处理这一困难，但走向实践利用还需时日。

厥后，迷信家认识到，真空里不会有光的消耗，想要完成掩盖环球的广域量子失密通讯，还需求借助卫星的直达。

2005年，潘建伟团队完成了13公里自在空间量子胶葛和密钥散发尝试，证明光子穿透年夜气层后，其量子态可以或许无效坚持，从而验证了星地量子通讯的可行性。近几年展开的一系列后续尝试都为发射量子卫星奠基了技能根底。

“如许一来，经由过程发射卫星，去除搅扰身分，就能够完成几千公里的量子通讯。”潘建伟说，有了量子卫星，还能够在宏不雅间隔上测验所谓的量子力学的非局域性，也便是“鬼魂般的超距作用”。“看看在尝试室里不时被反复测验的实际，放在太空能否还能完成。”

三、将展开哪些尝试

今朝，国际上还没有一个国度将量子迷信尝试送入空间，量子卫星的研制没有任何教训可循，进程充斥了坚苦和应战。

迷信家在量子卫星上搭载了自立研发的“四种兵器”：量子密钥通讯机、量子胶葛发射机、量子胶葛源和量子实验管制与处置惩罚机。

同时，在高空建立了迷信利用零碎，包含１其中心——合肥量子迷信尝试中央；４个站——南山、德令哈、茂盛、丽江量子通讯高空站；１个平台——阿里量子隐形传态尝试平台。

卫星与高空站配合组成六合一体化量子迷信尝试零碎，在两年的计划寿命时期将停止四年夜尝试义务——星地高速量子密钥散发尝试、广域量子通讯网络尝试、星地量子胶葛散发尝试、地星量子隐形传态尝试。

潘建伟引见，尝试大抵分为三类：第一类是停止卫星和高空之间的量子密钥散发，完成六合之间的平安通讯，假如４个高空站任何两两之间都能够完成平安的通讯，即可完成组网；第二类相称于把量子尝试室搬到太空，在空间标准测验量子实际；第三类是完成卫星和高空千公里量级的量子态隐形传输。

六合量子迷信尝试很是庞大，对六合尝试设置装备摆设的要求也异乎平凡的高。潘建伟坦言，卫星研制进程中，最坚苦的关键便是无效载荷，“霸占了很多技能困难才拿下”。

比方量子胶葛源，它只要机顶盒的巨细，作用却很是枢纽，它可以或许发生胶葛光，这是量子卫星在地面做各类尝试的泉源。平常尝试室里胶葛源的体积很是巨年夜，钻研职员不只把它做到了小型化，还经由过程一系列的立异让它完成了满意空间情况要求，在国际上是初次完成。

量子卫星对精准管制的要求也史无前例的高。量子卫星零碎总师朱振才引见，量子卫星航行中，携带的两个激光器要别离对准两个相距上千公里的高空站，向左向右同时传输量子密钥，且卫星上的光轴和高空千里镜的光轴要一直准确瞄准，就比如卫星上的“针尖”对高空上的“麦芒”。

科研团队停止了各类尝试，磨练超远间隔“挪动瞄靶”才能，终极冲破了星地光路瞄准等枢纽技能，经由过程平台和载荷两级管制的方法，瞄准精度能够到达平凡卫星的１０倍。

“激光器一站对一站有人做过，但一颗卫星瞄准两个高空站国际上还素来没有过。假如乐成的话，在国际上也是初次完成这么高精度的跟踪和高空站共同。”中科院国度空间迷信中央主任吴季说。

四、量子卫星的宿世此生

现在，量子卫星已在太空轨道上飞翔。而它最后的构思，始于十几年前。

２００１年，３１岁的潘建伟从欧洲返国，在中科年夜组建了量子信息尝试室。２００３年，当年夜大都人仍努力于在尝试室外部的道理性演示时，潘建伟和共事们曾经萌发了“六合一体化”量子通讯网的开端构思，“量子迷信尝试卫星”恰是这个构思中的枢纽节点。

“工欲善其事，必先利其器”。围绕这一近景目的，潘建伟团队起头了十余年的技能堆集。他率领团队在自在空间量子密钥散发、量子胶葛散发和量子隐形传态尝试等方面不时获得国际抢先的冲破性效果。

２００５年，潘建伟团队谢世界上第一次完成１３公里自在空间量子通讯尝试，证明光子穿透年夜气层后，其量子态可以或许无效坚持，从而验证了星地量子通讯的可行性。

随后，他们又不时发明“传奇”：１６公里自在空间量子隐形传态、百公里级自在空间量子通讯、星地量子通讯的全方位高空验证明验……为星地量子通讯打下了坚固根底。

经由十多年的开展，中国在量子通讯范畴已成为名副实在的天下劲旅。而这十多年间，从构思、攻关、立项到冲破，人类汗青上第一颗量子通讯卫星终成事实。

潘建伟说，“墨子号”发射今后，假如结果到达预期，下一步还方案发射“墨子二号”“墨子三号”。“单颗低轨卫星无奈掩盖环球，同时由于激烈的太阳光配景，今朝的星地量子通讯只能在夜间停止。要完成高效的环球化量子通讯，还需求构成一个卫星网络。”

将来，一个由几十颗量子卫星构成的“灿烂星群”，将与高空量子通讯支线“联袂”，撑持起“六合一体”的量子通讯网。

到２０３０年阁下，中国力图率先建玉成球化的广域量子失密通讯网络。在此根底上，构建信息充沛平安的“量子互联网”，构成残缺的量子通讯财产链和下一代国度主权信息平安生态零碎。

“平安的通讯是属于咱们的，可是迷信钻研是面向全天下凋谢的。”潘建伟泄漏，第一个凋谢的名目是与奥天时迷信院协作，完成北京和维也纳之间的洲际量子失密通讯，之后将和更多国度协作展开量子信息技能方面的钻研。

继量子卫星之后，潘建伟团队还方案展开空间站“量子调控与光传输钻研”名目，钻研星间量子通讯技能等，同时停止量子密钥组网利用等钻研，为下一步卫星组网奠基技能根底。

“跟着中国科技的迅猛开展，我置信量子通讯将在１０年阁下工夫辐射千家万户。期盼在我有生之年，能亲眼目击以量子计较为终端、以量子通讯为平安保证的量子互联网的降生。”潘建伟说，“我置信中国迷信家们做失去。”

五、将来有什么利用

据专家引见，量子卫星发射后，六合一体化量子迷信尝试零碎将投入正式运转，而“京沪支线”年夜标准光纤量子通讯主干网工程估计本年下半年交付。

“年夜范围推行量子通讯利用后，将极年夜进步人们信息传输的私密性和平安性。”潘建伟说，建好“量子互联网”后，人们不消再担忧任何信息泄漏，从而防止歹意打击和敲诈举动。

量子失密通讯，可以或许从三个方面保证信息平安。第一，发送者和接管者之间的信息交互是平安的，不会被窃听或偷取。第二，“主仆”身份可以或许主动确认，只要客人才干够使唤“家丁”，而其余人无奈指挥“家丁”。第三，一旦发送者和接管者之间的通报口令被歹意窜改，运用者会马上通晓，从而从头发送和接管指令。

“信息平安底子上需求处理的，便是传输内容不被他人晓得、包管接管者是和发送者对话，以及信息不被窜改。”潘建伟说，仅仅发射一颗卫星是不敷的，只要构成星座才干建构起网络，并且需求高空设置装备摆设相应根底举措措施，确保网络联接到千家万户。

“比方，未来能够在手机中植入量子加密芯片，用来接管并存储密钥。”潘建伟描绘了一幅将来场景，人们只要要天天在家里，将手机和量子密钥散发机衔接，就可以或许完成失密通讯。“走到这一步，还需求对网络根底举措措施停止改革，拟定通讯规范等，10年至15年，无望完成。”

得益于这种相对平安性，量子通讯不只利用于庶民一样平常通讯，也可用于水、电、煤气等动力供应和平易近生网络根底举措措施的通讯保证，还可利用于国防、金融、贸易等范畴，势必对财产界和科技界发生巨年夜革新。

六、将怎么改动糊口、影响天下？

在量子卫星首席迷信家潘建伟院士看来，假如说高空量子通讯构建了一张衔接每个都会、每个信息传输点的“网”，那么量子迷信尝试卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横天地的量子通讯“六合网”织就，海量信息将在此中往复如影，而且“无前提”平安。

潘建伟院士演示适用化量子通讯产物停止远间隔失密通话。新华社发

量子通讯：信息平安的“终极兵器”

从古到今，人们关于信息加密的摸索从未中止。古时辰，人们在信封上滴蜡盖上火印，但仍防不住有人拆开、读完再恢复。古代，人们用电磁波通报机密，但“音量”再低，也防不住邃密的窃听。现今，迷信家想法将“音量”调低到云云水平：只依托一颗颗光子，任何保密者去丈量都市粉碎它，从而被发明。信息薄弱到了极限——量子级别，再警惕的读取都市彻底改动它，而不成能只改动一点点。这便是量子通讯的失密道理。

“量子通讯是迄今独一被严厉证明为无前提平安的通讯方法。量子不成联系、不成克隆，以是能包管加密内容不被破译，能够从底子上保证信息平安、爱护全人类的隐衷。”量子卫星首席迷信家潘建伟透露表现，实际上相对平安的通讯一旦完成，当局、部队和银行，以致全社会都将获益。

改动糊口：或15年后走进中国庶民家

在潘建伟看来，量子通讯的利用远景，就像德律风的遍及进程一样，将逐渐停止，蔚为可不雅。“一起头，量子通讯能够会利用于国防、金融、政务、迷信钻研等，之后会在公共中宽泛利用。”

基于团体判别，他给出了一个量子通讯技能遍及的“工夫表”：5年阁下许多秘密部分起头用，10年阁下金融业、银行等年夜机构起头运用，15年的工夫大概走进千家万户。“届时，每团体的家里、手机上大概都市有一个量子加密芯片，银行转款、电子账户等的涉密操纵，都不消担忧被盗用或许打击。”

他并透露表现，这需求一个进程，依赖于量子通讯网络的建立，利用本钱也会逐步降落。

影响天下：多国望与中国共建“量子星座”

固然量子迷信尝试卫星乐成发射，但从久远来看，“要完成环球化量子通讯还需求临时的尽力，出格是需求多颗卫星的组网”，量子迷信尝试卫星迷信利用零碎总师兼卫星零碎副总师彭承志透露表现，“这条征途没有止境”。

也是以，中国以凋谢的姿势欢送环球协作。“咱们很是快乐地批准了奥天时方的恳求，配合就北京到维也纳之间的洲际量子通讯停止尝试协作，中方并决议向环球凋谢载荷的相干数据”，潘建伟引见称。

他透露表现，德国和意年夜利也很是但愿继奥天时后插手中国团队的尝试，在摸索环球量子通讯组网建立、“量子星座”建立中与中方睁开协作。“和谈今朝曾经走完了相干的流程，近期就将停止签订。”

“终究，迷信也是面向全天下的，中国的量子卫星走谢世界前线之后，能够引领整个学术界在这个标的目的展开钻研，为人类奉献中国伶俐”，潘建伟说。

七、一图读懂量子科技与咱们有什么干系？

八、延长浏览

2030年我国将建玉成球化量子通讯网络

量子通讯卫星运转的轨道较低，掩盖面积小。假如要在全天下局限内保证通讯平安，约莫需求 20 颗量子通讯卫星。

据悉，依照计划，我国在2016年发射首颗量子通讯卫星，建立以4个量子通讯高空站和1个空间量子隐形传态尝试站为中心的空间量子迷信尝试零碎后，还将发射更多的量子通讯卫星。到2020年，我国量子通讯市场范围将达210亿元。跟着量子通讯在各范畴的不时渗入，估计国际量子加密潜伏市场范围无望到达500亿至1000亿元。到2020年还要完成亚洲与欧洲的洲际量子密钥散发，届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通讯网也将建成。到2030年阁下，我国将建玉成球化的广域量子通讯网络。

本文综合自科技日报 人平易近日报 中国旧事网 新华网 北京日报等