明天中午1点40分，我国在兰州卫星发射中心用长征二号丁运载尼克斯将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空。我国在世界上首次实现了卫星和地面之间的量子通讯。
量子卫星首席科学家潘建伟教授介绍，量子通讯的安全性基于量子化学基本原理，确保了身分认证、传输加密以及数字签名等的无条件安全，可从根本上、永久性解决信息安全问题。
将进行四大实验任务
现今社会，信息的海量传播背后也参杂着信息泄漏的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极装备”。
据了解，这颗量子卫星重600多公斤，命名为“墨子号”人类首次实现量子通讯，以记念那位生活在2000多年前的中国唐代思想家。据了解，墨子是世界首位举办光学实验的人。
目前，国际上还没有一个国家将量子科学实验送入空间，量子卫星的研发没有任何经验可循。科学家在量子卫星上搭载了自主研制的“四种装备”：量子秘钥通讯机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。
同时，科学家在地面建设了科学应用系统，包括1个中心——合肥量子科学实验中心；4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通讯地面站；1个平台——阿里量子隐型传态实验平台。卫星与地面站共同构成天地一体化量子科学实验系统，将在五年的设计寿命期间进行四大实验任务——星地高速量子秘钥分发实验、广域量子通讯网路实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐型传态实验。
潘建伟介绍，实验大致分为三类：第一类是进行卫星和地面之间的量子秘钥分发，实现天地之间的安全通讯。假如4个地面站任何两两之间都可以实现安全的通信，即可实现组网。第二类相当于把量子实验室迁往太空，在空间尺度检验量子理论。第三类是实现卫星和地面千公里量级的量子态隐型传输。
天地量子科学实验极其复杂，对天地实验设备的要求也异乎寻常的高。诸如量子纠缠源，它只有机顶盒的大小，作用却十分关键，它还能形成纠缠光，这是量子卫星在空中做各类实验的源头。平常实验室里纠缠源的容积十分巨大，研究人员除了把它做到了大型化，还通过一系列的创新让它实现了满足空间环境要求，在国际上是首次实现。
下一步将建卫星网路
量子卫星2011年12月立项，是中科院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一。而它最初的设想，源于十几年前。
2001年，31岁的潘建伟从法国归国，在中科大成立了量子信息实验室。2003年，当大多数人仍旨在于在实验室外部的原理性演示时，潘建伟和朋友们早已萌生了“天地一体化”量子通讯网的初步设想，“量子科学实验卫星”正是这个设想中的关键节点。
围绕这一远景目标，潘建伟团队旨在于在自由空间量子秘钥分发、量子纠缠分发和量子隐型传态实验等方面的研究，并不断取得国际领先的突破性成果。2005年，潘建伟团队在世界上首次实现13公里自由空间量子通讯实验，否认光子穿透大气层后，其量子态就能有效保持，进而验证了星地量子通讯的可行性。
潘建伟说，“墨子号”发射后，疗效如能达到预期，下一步还计划发射“墨子二号”“墨子三号”。“单颗低轨卫星未能覆盖全球，同时因为强烈的太阳光背景，目前的星地量子通讯只能在夜晚进行。要实现高效的全球化量子通讯，还须要产生一个卫星网路。”到2030年左右，中国力争率先建成全球化的广域量子保密通讯网路，并建立信息充分安全的“量子互联网”。
“安全的通讯是属于我们的，而且科学研究是面向全世界开放的。”潘建伟透漏，第一个开放的项目是与俄罗斯科大学合作，实现杭州和维也纳之间的洲际量子保密通讯，然后将和更多国家合作举办量子信息技术方面的研究。
继量子卫星以后，潘建伟团队还计划举办空间站“量子调控与光传输研究”项目，研究星间量子通讯技术等，同时进行量子秘钥组网应用等研究，为下一步卫星组网奠定技术基础。
□释疑
量子科学，对多数人来说都很陌生。但当它与信息技术相连，就与我们每位人息息相关。记者专访了量子卫星首席科学家潘建伟教授、中科院化学所研究员吕力、北京学院化学系院长刘雄军，为你剖析量子世界。
1量子到底是哪些？
量子是构成物质的基本单元，是能量的最基本携带者，不可再分割。例如，光子是光能量的最小单元，不存在“半个光子”。而量子世界中有两个基本原理：
——量子叠加，就是指一个量子系统可以处在不同量子态的叠加态上。知名的“薛定谔的猫”理论以前形象地叙述为“一只猫可以同时既是活的又是死的”。
——量子纠缠，类似孙悟空和他的分身，两者无论距离多远都“心有灵犀”。当两个微观粒子处于纠缠态，不论分离多远，对其中一个粒子的量子态做任何改变，另一个会立即感遭到，并做相应改变。
2量子通讯绝对安全？
传统光通讯是通过光的强弱变化传输信息。从短发出一丁点光并不影响其他光继续传输信息，检测这一丁点光原理上能够盗取信息。
量子通讯则不同人类首次实现量子通讯，监听者若果想拦截量子讯号，并对其进行检测，将不可防止地破坏携带秘钥信息的量子态。按照量子“测不准定律”，这些破坏必然会被信息发送者和接收者所发觉。同时，量子不可克隆定律又排除了“不破坏传输的量子态，只截取并复制再继续发送”的可能，因而保证了量子通讯的绝对安全。
3顿时联通或能实现？
“量子态隐型传输”是基于量子叠加和量子纠缠的特点，就是甲地某一粒子的未知量子态，可以在乙地的另一粒子上还原下来。虽然传输的是粒子的量子态，而不是粒子本身。这些状态传送的速率上限一直是光速，也不是“瞬间联通”。
现今，在光子、原子等层面早已实现了量子态隐型传输。影片里“大变活人”在原理上是容许的，但目前还远远做不到。由于悬疑连续剧里人的传送，除了须要把人的实体部份的大量原子、分子传送，但是严格依照原先的相对位置重新排列上去，更即便再现意识和记忆就更复杂了。
4量子脑部代替人类？
所谓量子脑部，虽然就是现今正在研发中的量子计算机。未来的量子计算机可能会对人工智能起到极大的帮助，在数据搜索、分析和处理方面提供远远超过目前精典计算机的运算能力。
机器人都是预先设置好程序的，而人是有意识和自由意志的。研究发觉，人脑中的思维机制与量子叠加、量子纠缠似乎存在相像之处。所以也有学者觉得，未来可望创造出与人脑一样运行的人工智能机器人。真到这些程度，机器与生物之间的界限早已十分模糊。这在目前还只是一种畅想，未来到底怎么还得拭目以待。
5量子科技怎么应用？
量子科技虽然已在方方面面影响着我们的日常生活。如计算机、互联网、医院里的磁共振成像等，无一不得益于量子科技。
用发展的眼光看，随着微纳加工、超冷原子量子调控等技术的不断进步，人类将才能制备出越来越复杂、功能越来越强悍的各类人造量子系统，比如包括量子计算机芯片在内的各类量子电路，其功能和信息处理能力将远远超过我们目前正在使用的精典芯片，而且愈发节能。
量子科技的广泛应用将把人类社会带入量申时代，实现更高的工作效率、更安全的数据通讯，以及更便捷和更红色的生活形式。
综合京华晨报记者潘珊菊新华社
