在酒泉卫星发射中心，星罩组合体吊装，与运载火箭对接（2016年8月5日摄）。新华社发

在酒泉卫星发射中心，卫星在安装星箭分离解锁机构（2016年8月4日摄）。新华社发

　　潘建伟院士演示实用化量子通信产品进行远距离保密通话。 新华社发

　　世界首颗量子卫星命名为“墨子号”

爱因斯坦错没错，中国的“墨子号”来验证

爱因斯坦在许多人心中已成科学真理的代名词，但了解科学史的人都知道，爱因斯坦代表的经典物理学派与玻尔等人代表的量子学派之间的论战已近百年，许多问题还没有最后答案。而中国即将发射的量子科学实验卫星“墨子号”，将有可能帮助解决关于量子纠缠的问题。

“鬼魅般的超距作用”，这是爱因斯坦在1935年对量子纠缠的评论。爱因斯坦作为经典物理学的代表人物，对此表示怀疑，觉得这要能成立简直是“见鬼了”。

百余年来，量子力学的许多理论不断得到实验结果支持，催生了原子弹、激光、核磁共振、全球卫星定位系统等重大发明，改变了整个世界，被认为是“第一次量子革命”。而对爱因斯坦提出的质疑开展的持续研究，助推了量子调控技术的发展，催生了以量子通信和量子计算为代表的量子信息技术，被认为是开启了“第二次量子革命”。

中国将发射的这颗量子卫星，不仅可能帮助判断爱因斯坦对量子纠缠的看法是否正确，还有可能为整个科学的发展做出巨大贡献。

还记得震惊世界的斯诺登和棱镜门吗？电子通信时代，人们的安全感就像窗户纸一样脆弱。随着计算能力的提升和数学的进步，基于计算复杂度的经典加密体系终将崩塌。在现代科学认知中，几乎任何已知事物都是可测的，但量子是个例外。量子通信以其绝对安全性、超大信道容量、超高通信速率、可远距离传输信息和高效等特点，得到全球科技界、产业界普遍重视，许多国家争相将量子通信研究作为战略项目。

8月15日，华西都市报记者从中科院光电所获悉，被命名为“墨子号”的世界上第一颗量子科学实验卫星即将发射，它将构建天地一体化的量子保密通信与实验体系。如果实验成功，中国也将成为世界上第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。

华西都市报记者了解到，此次试验中，卫星和地面通信的关键技术出自“成都造”。位于成都的中科院光电所承担了卫星的“星地量子通信地面光学通信终端系统的研制和试验”。

量子卫星

将发射单光子进行通信

量子通信，被认为是窃听者的“噩梦”。这种通信方式利用量子纠缠等特性，无法被拦截、被窃听、被复制，是“绝对安全”的通信方式。

这次发射的量子科学实验卫星将以发射单光子这种方式进行通信，基于光子的量子属性，它不可被复制，任何观测、读取都将彻底改变它的性质，成为了理论上绝对安全的通信方式，“除非时间倒流，否则不可破解。”中科大上海研究院研究员陈宇翱在一次公开演讲上对量子通信这么表述。

目前，我国已经成功地在地面上完成了百公里级别的量子通信，我国则是第一个发射量子通信卫星试图验证整个流程的国家，就是准备在更大的空间尺度验证量子通信的可行性。

发射成功后，这颗量子通信实验卫星将在500公里的近地轨道以每秒7.9公里的速度划过天际，通过每一个接收点的空域时间大约只有五分钟左右，由于不是同步卫星，这颗量子卫星将以椭圆轨道绕地球飞行，这就表示，对每一个接收点来说，一天就只有一次机会和卫星进行通信连接，所以每一次的机会都弥足珍贵，需要严阵以待。

星地“互动”

关键通信技术“成都造”

量子科学实验卫星首席科学家、中科院院士潘建伟表示，普通卫星只要顺利升空就意味着至少成功了一半。但对于量子卫星来说，发射升空却仅仅只是开始，卫星在太空中与地面几个光学实验站的“互动”，才是此次量子卫星实验的重头戏。通过中国研发的星地量子通信设备，经过编码的光子将被发射到地面，由地面系统负责接收。量子卫星的两个激光器必须分别瞄准两个地面站，精度极高，被称为“针尖对麦芒”。实现从卫星到地面站的量子密钥分发后，光学地面站就可以接收卫星下来的信号，进行量子通信。而这个地面站的“星地量子通信地面光学通信终端系统的研制和试验”正是由位于成都的中科院光电所完成的。墨子为名

将提升我国的文化自信

“关于这颗卫星的命名，我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说，最终命名为墨子，缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。

“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说，墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，将提升我国的文化自信。”他说。

据了解，作为中科院空间科学战略性先导专项首批科学卫星之一，量子科学实验卫星将在国际首次开展星地高速量子密钥分发、空间尺度的量子隐形传态等多项实验。目前量子卫星发射前的准备工作已基本完成。

量子通信是怎样的“黑科技”？

量子通信的技术原理会不会很复杂难懂？放心，一起来看解读，我们普通人都能走进神奇的量子世界。

作为中科院空间科学先导专项的第三颗科学卫星，量子科学实验卫星在2011年时就已经正式立项了。为什么要建设天地一体化的量子通信网络？

量子的信息携带者光子在光纤中可以完成短距离传播，在大气层中却可以传递几千公里，超过一定的距离限度则会失去信号，因此就需要卫星来协助。

量子卫星作为地面上两个实验站的中介，使其形成区域通信网络，海量信息穿梭如影，且无条件安全。

量子的“分身术”也叫量子叠加，指一个量子可以同时存在好几种状态。“分身术”有什么用？比如，可以使计算机实现并行计算，举个例子，如果要分解一个300位的大数，现在的计算机需要15万年，而用量子的“分身术”并行运算，只要1秒钟就可以算出来。

量子的另一个绝技远程“心灵感应”，学名叫量子纠缠。如果两个相似的量子距离足够近，就会发生纠缠，随后把它们分开无论多远，这两个量子的状态就像一对有心灵感应的双胞胎一样：一个开心，另一个也会笑；一个哭了，另一个一定也难过——这个可能是科学中最奇特的现象之一。

量子卫星上天后，它会发出一连串的单光子，由地面上的光学实验站接收再进行解码，如果成功，就相当于完成了通信。这么做也是为了实现天地之间的量子保密通信做准备，如果能成功，将意味着我们有望建成大范围的全球量子通信网络。

除了这两大绝技，神奇的量子还有两个特性：不可分割、不可克隆。别嫌它古怪，利用量子这两个特性可以制作出最安全的密钥，让信息传输变得更安全。

当然靠这一颗卫星也不一定能完成全球保密通信网络。如果这次我国的这颗卫星能实现天地之间的量子通信的话，那在此之后，陆续会有其他量子卫星与它并肩作战，实现全球化广域的量子保密通信网络。

量子科学能怎样改变生活？

量子计算机“出世”就能秒杀超算

从电脑到激光，从核能到生物技术，几乎没有哪个领域不依赖量子理论。量子力学推动和造就了现代世界，全球经济的三分之一依赖于以量子力学为基础的产品。

但其实，人类还只消化了量子世界奇异特性的很小一部分。中国科学家正在开发威力强大的量子计算机和最为安全的量子通信。

量子之“矛”

量子计算机将实现大数据的开挂模式

专家介绍，量子计算利用量子态的叠加性质，可以实现计算能力的飞跃。现在计算机的运算单位比特只有0和1这两种状态，但量子计算机中可以处在0和1的叠加态上。如果操纵100个量子，其计算能力可能比“天河二号”快百亿亿倍。“天河二号”需要用100年计算的难题，量子计算机只需 0.01秒。

如果将未来的量子计算机比作大学教授，今天所谓超级计算机的能力甚至还比不上刚上幼儿园的小班儿童。这么快的运算速度，将使人类的日常生活大大改变。例如在公共安全领域，量子计算可以瞬间处理监控数据库中60亿人次的脸部图片，并实时辨别出一个人的身份；在公共交通领域，量子计算能够迅速对复杂的交通状况进行分析预判，从而调度综合交通系统最大限度避免道路拥堵；在气象预测方面，量子计算能够将仪器检测数据结合模型全面预测分析，从而实现更高精准度的天气预报……

中国科学院院士潘建伟说，要做出通用的量子计算机，可能还很遥远，也许30年或更长，但是只是对某一种计算功能算得比较好的量子模拟机器估计5到10年就有望出现。潘建伟介绍，目前阿里巴巴已与中科院合作，开展量子计算方面的研究，期望能够在5年左右的时间里实现50个量子比特相关操纵。它的计算能力，大概可以超越“天河二号”。

量子之“盾”

量子“密码”不可窃听、不可破译的加密

有没有绝对安全的保密通信，让窃听、破译者无计可施？所幸的是，量子物理同时提供了解决这一问题的办法。如果量子计算机是“利剑长矛”，那量子密码技术就是抵御它的“坚固盾牌”。量子密码提供了一种不可窃听、不可破译的新一代密码技术。

潘建伟说，量子通信的关键要素是“量子密钥”，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。量子密钥一旦被截获或者被测量，其自身状态就会立刻发生改变。截获量子密钥的人只能得到无效信息，而信息的合法接收者则可以从量子态的改变中得知量子密钥曾被截取过。

潘建伟打了个比方，古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开“信件”，量子密钥会让“信件”自毁，并让使用者知晓。

量子未来

量子保密通信“京沪干线”

将在2016年下半年全线开通

有专家预测，量子通信技术可能在20至30年后对人类社会发展产生难以估量的影响。

对中国正在高速发展的量子通信领域来说，2016年将是具有里程碑意义的一年。潘建伟说，量子保密通信“京沪干线”将在2016年下半年全线开通，将应用于金融、电子、政务等多方面领域的信息传输。据介绍，“京沪干线”项目是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络，中间还有合肥、济南等重要节点，全长2000余公里，属世界首例。

潘建伟说，如果说“京沪干线”像连接地面每个城市、每个信息传输点的“网”，量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信之“网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。在潘建伟的设想中，量子通信有望在10年左右的时间走进千家万户，每家每户的网上银行、网络支付、手机支付等，都能享受到量子通信所带来的安全性保障。

华西都市报记者张想玲实习生陈禹毅本组稿件除署名外，均据新华社、央视、《科学报》等