「墨子號」的組裝過程。（網路圖片）

什麼是量子

量子是物理世界裡最小的、不可分割的基本個體。可以說，整個世界都是由量子組成的。而量子理論，被稱為物理世界的百歲「幽靈」，連不少科學家都為其產生的神秘現象所迷惑，對於普通人來說自然更加高深。但若試著走近它，你會發現這個「幽靈」的魅力。

量子的奇妙之處？

量子的奇妙之處首先在於它的奇妙特性——量子疊加原理和量子糾纏。

量子有多個可能狀態的疊加態，只有在被觀測或測量時，才會隨機地呈現出某種確定的狀態。「這就好比孫悟空的分身術」，量子衛星首席科學家、中科院院士潘建偉解釋道，「一個孫悟空同時出現在多個地方，孫悟空的各個分身就像是他的疊加態。在日常生活中，我不可能同時出現在兩個地方，但在量子世界裡，作為一個微觀的客體，它同時出現在許多地方。」

而所謂的量子糾纏，潘建偉補充道，兩個處於糾纏狀態的粒子無論相距多遠，都能「感應」對方狀態，愛因斯坦稱之為「幽靈般的超距作用」。科學家就可以利用這種效應將甲地某一粒子的未知量子態，在乙地的另一粒子上還原出來。

什麼是量子通信？

隨著這兩種特性被科學家不斷認識，適用於實際應用的新技術也被逐漸開拓出來，量子通信就是其中之一。

以往用以微電子技術為基礎的計算機技術傳遞信息極易遭遇竊聽，但通過把量子物理與信息技術相結合，利用量子調控技術，能夠用一種革命性的方式對信息進行編碼、存儲、傳輸和操縱，從而在確保信息安全、提高運算速度、提升測量精度等方面突破經典信息技術的瓶頸，這就是量子通信。

通常認為，量子通信分為兩種，一種是量子保密通信(量子密鑰分發)；另外一種是量子隱形傳態。

量子保密通信，就好比一個人想要傳遞秘密給另外一個人，需要把存放秘密的箱子和一把鑰匙傳給接收方。接收方只有用這把鑰匙打開箱子，才能取到秘密。沒有這把鑰匙，別人無法打開箱子，而且一旦這把鑰匙被別人動過，傳送者會立刻發現，原有的鑰匙作廢，再給一把新的鑰匙，直到確保接收方本人拿到。

為什麼鑰匙被別人一碰，就能立刻被知曉呢？

因為，科學家利用了上面提到過的量子有多個疊加態的原理，用量子作為密鑰。這樣一來，一旦有人試圖截獲或測試量子密鑰，就會改變量子狀態，科學家便能立刻從改變中發現有人動了鑰匙。所以，利用量子不可克隆和不可分割的特性，就能實現無條件安全的通信方式。

量子通信的另一種——量子隱形傳態也利用了量子的兩大特性，通過隱形傳輸實現信息傳遞。也就是說，將粒子的未知量子態精確傳送到遙遠地點而不用傳送粒子本身。

未來有什麼應用？

「大規模推廣量子通信應用後，將極大提高人們信息傳輸的私密性和安全性。」潘建偉說，建好「量子互聯網」後，人們不用再擔心任何信息泄露，從而避免惡意攻擊和欺詐行為。

量子保密通信，能夠從三個方面保障信息安全。第一，發送者和接收者之間的信息交互是安全的，不會被竊聽或盜取。第二，「主僕」身份能夠自動確認，只有主人才能夠使喚「僕人」，而其他人無法指揮「僕人」。第三，一旦發送者和接收者之間的傳遞口令被惡意篡改，使用者會立刻知曉，從而重新發送和接收指令。

「信息安全根本上需要解決的，就是傳輸內容不被別人知道、保證接收者是和發送者對話，以及信息不被篡改。」潘建偉說，僅僅發射一顆衛星是不夠的，只有形成星座才能建構起網絡，而且需要地面配置相應基礎設施，確保網絡聯接到千家萬戶。

「比如，將來可以在手機中植入量子加密芯片，用來接收並存儲密鑰。」潘建偉描述了一幅未來場景，人們只需要每天在家裡，將手機和量子密鑰分發機連接，就能夠實現保密通信。「走到這一步，還需要對網絡基礎設施進行改造，製定通信標準等，10年至15年，有望實現。」

得益於這種絕對安全性，量子通信不僅應用於百姓日常通信，也可用於水、電、煤氣等能源供給和民生網絡基礎設施的通信保障，還可應用於國防、金融、商業等領域，勢必對產業界和科技界產生巨大變革。

墨子號的任務

世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」重約640公斤，設計壽命為兩年，運行在高度約500公里的極地軌道。目前正在進行衛星平台的測試工作，後續將開展有效載荷的自測試、地面站配合的載荷測試、天地一體化鏈路測試等工作。所有測試完成後，將在首席科學家的領導下，由科學應用系統組織完成星地高速量子密鑰分發、廣域量子通信網絡、星地量子糾纏分發以及地星量子隱形傳態等多項科學實驗任務，實現專項預定的科學目標。