量子衛星：開啟保密通信新紀元

一對纏繞的光子將被拆散，從太空發射到地面，開啟人類保密通信的新歷史，中國首發“墨子號”量子科學實驗衛星意義非凡。

你粘好信封，滴蠟蓋上火印，但防不住有人拆開、讀完再復原；你想用電磁波傳遞一個秘密，但“音量”再低，也防不住精細的竊聽。最終，你設法將“音量”調低到如此程度：只發射一顆光子，任何間諜去測量都會破壞它，從而被發現。信息微弱到了極限——量子級別，再小心的讀取都會徹底改變它，而不可能只改變一點點。中國量子衛星的保密原理就是如此。

絕對保密的通信依靠量子糾纏，也就是愛因斯坦說的“幽靈般的超距離作用”來工作——兩顆光子無論相距多遠，總是“心靈感應”：一個變化，另一個就保持同步。于是一對糾纏的量子態的光子，可以被當作鑰匙分發給北京與上海。上海讀取光子B，破壞了它“既黑又白”的量子模糊狀態，讓它顯出黑或白色；北京的光子A也將心靈感應地破壞，呈現同樣顏色。如此發射和讀取一連串糾纏光子，北京和上海就能得到同樣的數列，間諜想要讀取一長串光子再原樣發送而不被發覺的可能性為零。

量子科學家操縱激光發生器，讓一個光子分為兩個糾纏的光子——潛在的信息寄托于它們的偏振態或其他屬性，再分發到盡量遠的地方并測量。中科大的潘建偉教授等科學家經過20年努力后，發明了能夠長時間（毫秒級）存儲量子的中繼器。人們已經能在地面上傳送糾纏光子跨越上百公里。在中國，“北京—濟南—合肥—上海”量子通信干線已經建立。

但無論是近地面空氣還是光纖玻璃都容易阻擋和吸收光子，因此跨越大氣層的衛星量子通信方案很吸引人。“墨子號”衛星升空，就攜帶著一塊晶體將制造激光和一對糾纏光子，并要將他們分發到兩個地面站。

為了讓單個光子傳送數百公里，穿越大氣還能鉆進地面接收器，中國量子衛星必須時刻矯正位置，保持精確朝向兩個地面目標，這也是世界上未曾達到的精細度。傳輸錯誤率也得相當低，才能保證通信可行。接下來兩年，中國科學家將測試被分發到相距成千甚至上萬公里的一對糾纏的光子能否保持糾纏。飛機和地面之間的量子通信已經實驗成功。而近兩年，意大利、新加坡和英國的科學家也曾利用衛星探索天地量子通信的可行性，已制造出互相關聯的成對光子——糾纏光子的前一步。而中國則是第一個發射量子通信衛星試圖驗證整個流程的國家。

如果這次量子衛星實驗成功，中國量子通信網下一步將試圖連接中國和歐洲，并在2030年擴充成20顆衛星規模的全球網絡。但近年來也有科學家撰文指出量子通信系統的一些安全漏洞，盡管不是量子加密方式本身的問題：比如中繼站在接收和發送之間存在信息截獲的可能，這是中國科學家要設法避免的。高博