[科普中國]-全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星發(fā)射成功，什么叫做量子通信？

量子是什么？所謂量子，是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，是能量，動量等物理量最小單位，不可分割。像電子、光子等構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，統(tǒng)稱為量子。除了不可分割性，量子還具有不可克?。◤椭疲┬?。因為克隆一個東西首先要測量這個東西的狀態(tài)，但是量子通常處于極其脆弱的“疊加態(tài)”，一旦被測量就會馬上改變狀態(tài)，不再是原來那個量子了。量子的不可克隆性是量子通信安全性的根本來源。因為竊聽信息等于先復制了這個信息，量子的不可克隆性保證了量子信息本身（或者由它生成的量子密碼）不會被復制，因此斷絕了一切竊聽的可能性。量子糾纏量子糾纏是兩個量子形成的疊加態(tài)。一對具有量子糾纏態(tài)的粒子，即使相隔極遠，當其中一個狀態(tài)改變時，另一個狀態(tài)也會即刻發(fā)生相應改變。量子糾纏被愛因斯坦稱為“鬼魅般的超距相互作用”。量子糾纏會違反著名的“貝爾不等式”，因此檢驗貝爾不等式成為驗證量子力學是否正確的主要標志之一。什么叫做量子通信？量子通信主要有兩種方式，一種是利用量子的不可克隆性質(zhì)生成量子密碼，他是二進制形式的，可以給經(jīng)典的二進制信息加密，這種通信方式稱為“量子密鑰分發(fā)”。我們下一節(jié)會單獨介紹。第二種是利用量子糾纏用來傳輸量子信息的最基本單位——量子比特。兩個處于糾纏態(tài)的粒子A和B，不論它們分開多遠，我們把其中一個粒子（A）和攜帶想要傳輸?shù)牧孔颖忍氐牧Ｗ樱–）一起測量一下，C的量子比特馬上消失，但是B就馬上攜帶上了C之前攜帶的量子比特，我們把這個過程叫做“量子隱形傳態(tài)”。根據(jù)量子力學“不確定性原理”，處于糾纏態(tài)的兩個粒子，在被觀測前，其狀態(tài)是不確定的，如果對其中一粒子進行觀測，在確定其狀態(tài)的同時（比如為上旋），另一粒子的狀態(tài)瞬間也會被確定（下旋）。量子密鑰分發(fā)“棱鏡門”一出，從各國元首到普通民眾深感危機，隱私安全與信息安全再次被廣泛討論。基于電子方式的通信，基于數(shù)學方法的密碼，已經(jīng)無法保證不被破解。量子密鑰分發(fā)可為我們現(xiàn)在的通信建立牢不可破的量子密碼，從根本上保障我們的通信安全。量子密鑰分發(fā)以一個個單獨的光子作為載體，通過收發(fā)雙方通過隨機測量這些光子，選取共同測量方式的那些測量結(jié)果，就會形成一組量子密鑰。如果中間有人竊聽，收發(fā)雙方的測量錯誤會瞬間上升，馬上就會察覺有竊聽的存在。所以一組成功生成的量子密鑰一定是排除了一切竊聽的絕對安全的密鑰，用它加密的信息也是不可破譯的。全球首顆量子科學實驗衛(wèi)星由中國科學技術(shù)大學和中科院上海技物所共同研制的這顆衛(wèi)星質(zhì)量約640千克，將由火箭發(fā)射至高度為500千米的預定軌道。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。該衛(wèi)星將實現(xiàn)世界首個衛(wèi)星和地面之間的量子密鑰分發(fā)，量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)。通過這顆衛(wèi)星中國將在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡，初步構(gòu)建一個廣域量子通信體系。文字 | 張文卓 中國科學技術(shù)大學上海研究院（中科院量子信息卓越創(chuàng)新中心），副研究員編輯 | 張蔚涵制圖 | 張?zhí)烊晦D(zhuǎn)載請注明來自“科普中國”。