窺探信息？問“量子”同不同意

王月亮

2016年8月16日，當中國奧運健兒在巴西里約熱內盧為國爭光時，酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭，將世界上首枚科學實驗衛星“墨子號”發射升空，在通信技術領域為中國摘得了一枚金牌。

“墨子號”的成功發射，將我國自主研發的量子通訊設備帶上了太空，它將產生并發出光量子，與地面信號接收系統實現“針尖對麥芒”式超高精度對接。這意味著一個通信新時代——量子通信時代即將到來。全世界的通信方式，在不久之后都將發生翻天覆地的變化。

通信界的新霸主——量子通信

1993年，美國科學家貝內特率先提出了量子通信的概念，此后，世界各國就掀起了一場在量子通信領域的科技競賽。

量子，是目前已探測到的微觀物理世界中最小的單位，它小到無法分割，卻存在許多不可思議的“特異功能”。

比如，快是量子的一大特色。兩個量子間的信息傳播速度，竟然可以達到光速的一萬倍！這是什么概念？太陽與地球的距離大約為1.5億千米，一束太陽光照射到地球表面需要大約8.3分鐘，而這么長的距離，兩個量子間的信息傳播只需0.048秒。愛因斯坦他老人家生前怎么也不信世上還有比光速更快的速度，但量子這匹速度界的黑馬，終于還是被后世的科學家發現了。

量子還有一項“特異功能”，那就是不可測量。它非常頑皮，一直處于飛速運動狀態，如果科學家用工具控制它、非要它停下來對它進行觀察和測量，它就會改變原來的屬性——這一招式可形容為“魚死網破”“同歸于盡”。你不是要觀察我嗎？好呀，來吧，反正我已經不是原來的我了！

量子的這些“特異功能”，讓科學家們看到了量子通信的無量前途——幾乎零損耗、零延時的超快速度；絕佳的保密性能——光是這兩點，就足以將傳統通信秒殺。

近二十多年來，在各國科學家的共同努力下，量子通信技術已取得了多項突破性進展。而“墨子號”成功發射后，將借助衛星平臺，進行星地高速量子密鑰分發實驗，并在此基礎上進行廣域量子密鑰網絡實驗。它是空間量子通信實用化的一次重大嘗試。如果實驗成功，人類又向量子通信時代邁進了一大步。

不可破解的量子密鑰

在通信領域，“密鑰”一詞司空見慣。顧名思義，“密鑰”就是“秘密的鑰匙”，它是在明文轉換為密文或將密文轉換為明文的算法中輸入的參數。然而“一物克一物”，容易受黑客威脅是密鑰的死穴。盡管密鑰經歷了人工加密、機械編碼、計算機編碼的不斷更新迭代，但“棱鏡門”“蘋果門”事件，足以暴露現有密鑰的不安全性。

那么，世界上究竟有沒有一把誰都無法破解的密鑰呢？

有！它就是量子密鑰。

量子密鑰，是量子通信坐上通信“霸主”交椅的關鍵性技術之一。與傳統密鑰相比，量子密鑰的不二法門，就是將數字密碼儲存到特殊的量子信息中，并在量子線路中傳輸。由于量子具有不可被測量的“天性”，當黑客想暗中破解包含在量子中的密碼時，被改變的量子會立刻做出反應，將它所包含的信息全部自動清空！這么一來，黑客們就跟一個費勁撬開門，然后發現屋子里空無一物的小偷一樣，最終一無所獲。

我們可以展望，在不久的未來，人們的手機、電腦等通信移動設備都將帶有“量子密鑰”，因此不必再擔心通話被竊聽、移動設備內信息被盜。哪怕手機和電腦丟失，也不會再有泄密的隱患。而那時的“黑客”，恐怕將成為世界上最不景氣的一個職業——想窺探信息？問問“量子”同不同意！

飛一般的量子通信網絡

量子通信想要成為通信界的奧運全能健兒，做到信息傳播上的“更高、更快、更強”，還得有另一把“刷子”：量子糾纏。

量子糾纏，是量子間的一種神奇的關系，理論上，有共同來源的兩個量子，無論它們被分隔多遠，哪怕隔著一個太陽系，只要一個量子發生變化，另一個量子就會立刻感應到，并且發生相應變化。量子間這種完全沒有隔膜、千山萬水也阻隔不斷的“心靈感應”，證實了宇宙空間里愛因斯坦所稱的“幽靈般的超距離作用”，同時，它引起了科學家們的無限遐想：依賴量子糾纏，在未來世界，我們是否就可以實現星系間的信息傳播呢？

盡管要實現跨星系的通信目前看來還“路漫漫其修遠兮”，但在地球上實現量子通信網絡覆蓋，卻是近在眼前的事了。目前，中國已建立南、北、西多處近地空間科學衛星接收站，并已規劃將在2020年，實現亞洲和歐洲之間的洲際量子密鑰分發。在2030年，建成全球化的廣域量子通信網絡。

如果這一切都能順利進展，量子通信網絡時代將不再是夢。到時候，人人都能體驗飛一般的網速，網絡卡殼的時代將一去不復返。

量子芯片，讓VR時代不是夢

你是否想過，有朝一日只要戴上一副小巧的眼鏡，就會想去哪里就去哪里，哪怕是穿越時空去到侏羅紀公園？

你是否想過，當你想念出差的爸爸媽媽時，只要用手在空中輕輕一劃，他們就會立刻出現在你面前？

你是否想過，從未來的某一天起你再也不用為感冒、發燒而跑醫院，一個可以隨身攜帶的私人醫生可以時刻照顧你的健康，一旦你的身體出現問題，它就會立即幫你修復？這不是白日做夢。對人類來說，科技一向是現實通向想象的階梯。只要我們能成功研發出高速度、高儲存、高智能的量子芯片，以上種種幻想都可能變成現實。

“量子芯片”，顧名思義，是應用了量子技術的信息儲存設備。目前，科學家正在研究將石墨烯量子應用到電腦芯片中，一旦實驗成功，擁有“量子大腦”的未來計算機，其運行速度有望達到目前的數萬億倍！到時候，別說現在的傳統電腦在量子電腦跟前要被秒殺，就是人腦，恐怕也要甘拜下風了。

量子芯片的應用，還使VR時代的到來變得可能。VR就是虛擬現實。要實現完美的虛擬現實體驗，計算機必須每秒處理高達5.2Gbit的數據量，時延要低于20ms，而目前的網絡環境和硬件設備，并不足以支撐完美的虛擬現實體驗。可是，當超快無損的量子通信網絡和量子芯片成為現實，那么，VR時代很快就會到來！

如果再配上4DVR眼鏡，那就更是妙不可言了！到時，人們可以看到任何想看到的，可以足不出戶游遍世界各地；可以隨時隨地觀看精彩的球賽，感覺就跟坐在比賽現場一樣；甚至還可以伸出手去撫摸眼前可愛的小狗——當然，它不會咬你，也不會被你抱起來，因為它是虛擬的。

而當量子芯片遇上生物科技，它們還將碰撞出一朵名叫“量子生物芯片”的火花，它將通過芯片頻率轉換，發射與人體生物電相協調的無線電，利用頻率共振原理，與人體生物電發生和諧共振，促進人體的氧氣補給、養分供應、毒素外排，并且幫助人體實現細胞和各個系統的自我修復。

盡管量子通信、量子芯片等技術目前還不夠成熟，從實驗室走向實際應用仍有待時日，但我們有理由相信，一個全新的、更智能、更快捷、更安全、更健康的量子時代，正在一步步向我們走來！