奔跑中的中國 — 量子通信與量子存儲器

加 加 徐 珊/供稿

親愛的小伙伴們，你們知道嗎？在2016年全球自然科學技術指數中，我國共有20項高科技處于世界第一，領先于西方國家！我一直以為祖國只是個加工大國，沒想到科技也已經這么發達，能研發出這么多的屬于自己的高科技！

我真的是太激動了，相信小伙伴們此刻的心情也跟我一樣吧！接下來，就讓我一個一個來介紹吧！今天，咱們就先來說說量子通信和量子存儲器。這是兩項相依相存的科技，同時也是2016年最火的科技。

2016年5月，中國科學技術大學的教授們成功研究出百毫秒級高效量子存儲器。2016年8月，量子通訊衛星“墨子號”被送入軌道。它不僅是中國第一顆，也是世界第一顆上天的量子衛星。憑借著這顆衛星，我國首次建成了“天地一體化”的量子通信網絡，奠定了我國在量子通信領域的領頭地位。

看到這里，我產生了一個疑問：現在的通訊這么發達，電話、網絡無處不在，通訊衛星更是滿天飛舞，為什么還要弄量子通信這么高深的東西？它到底有什么用處呢？現在，我就請W博士來給我們科普一下吧。

在說量子通信之前，我們還是要先了解一下現有的通信手段。原來，從無線電到有線電話、傳真，再到現在的手機、互聯網，這些通信技術都存在安全隱患。

博士對我說：“諾諾，你不是對第二次世界大戰很感興趣嗎？那你一定知道盟軍獲勝的原因吧！那時軍隊發的都是電報，就像廣播電臺發送廣播一樣，誰都可以‘截獲’電報，而且敵人甚至不知道你已經得到了機密文件。為了讓電報更安全，各國都有自己的電報密碼。美軍正是因為得到了日軍的密碼翻譯文件，摸清了日本海軍的行蹤，這才在太平洋戰場上大獲全勝。英軍也是在成功破譯了德軍自認為不可破解的‘恩尼格碼’密碼之后，才吹響了反攻的號角。”

無線電會被竊聽，有線電話也不安全。諜戰片里經常會有這樣的場景，間諜只要把一根電線搭在電話線上，就可以輕易竊聽了。至于互聯網泄密的事情，大家也一定不陌生。

不知你有沒有想過，當你在網上購物，當你用手機通話或收發微信時，所有信息都是在開放的網絡上傳輸的，沒有密碼技術保護，很容易被黑客截獲。據估計，全世界每天的生產總值至少有一半在國際銀行金融電訊網絡上流動，這樣大規模的金融活動如果失去保護，必會引起世界級的災難！

同時，現代化的軍隊也比過去更依賴于網絡安全。事實上，現在只要能破解密碼，就可以在瞬間關閉敵對國的供電、通信、國防武器系統，做到不戰而勝，而量子計算機正是可以輕易攻克任何密碼的利器！

既然科學家們發明了量子計算機，那么他們肯定也需要研發對抗它的手段，那就是量子加密通信。

我問博士，量子通信聽起來就好高深的樣子，到底是什么東西呢？博士說，要了解量子通信，就必須先講量子。量子是構成物質的基本單元，是能量的最基本攜帶者,不可再分割。量子的奇妙之處就在于它的特性—量子疊加原理和量子糾纏。

什么是量子疊加原理？“這就好比孫悟空的分身術，各個分身能夠同時出現在多個地方。”W博士解釋道，“在生活中，我不可能同時出現在兩個地方。但在量子世界里，作為一個微觀的客體，它卻可以同時出現在許多地方。”

要知道什么是量子糾纏，你就必須先了解“心靈感應”。比如影片中，女主角突然頭痛欲裂，竟然是因為她遠在天邊的雙胞胎妹妹中彈倒地了。你是不是覺得這樣的情節只會出現在電影中呢？事實上，這在量子世界里是真實存在的。量子物理實在是太違反常規了，兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應的雙胞胎，不管兩者的距離有多遠，都能感應并復制對方的情況，愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”。2015年，荷蘭科學家證實“遠距離瞬間感應”在世界上真的存在。

在了解了量子的這兩種特性后，讓我們回過頭來看一看量子通信吧！

量子通信分為量子保密通信和量子隱形傳態。量子保密通信，就好比你想要把一只保險箱運給別人，打開這只保險箱需要兩把鑰匙（即兩個糾纏著的量子）。這只保險箱只能打開一次，如果有人想強行打開，保險箱就會自毀。接著，你把其中一把鑰匙先發過去，如果這把鑰匙在途中被其他人接觸，你手上那把鑰匙就會立刻產生感應，大大減少了安全隱患。

量子隱形傳態就更牛了，它能把實驗室中一個粒子的未知量子態完美地傳送到遠方的另一個量子上。在旁人看來，就好像是一個粒子瞬間移動到了另一個地方一樣！科學家希望這項技術能為將來的人體瞬移打下堅實的基礎。

現在，我們知道量子通信有多厲害了。但科學家為什么要發射“墨子號”呢？原來，發射“墨子號”主要有三個目的：第一是用它來進行衛星和地面之間的量子通信；第二是能夠通過衛星實現遠距離的糾纏光子分發，測試量子糾纏現象，考察量子力學的特性；第三是做量子信息的遠距離傳送，也就是量子隱形傳態。

之所以要做衛星和地面之間的量子通信，是因為量子信號在光纖中的損耗非常大，而通過自由空間（例如大氣層）卻可以輕松傳遞，因此需要用衛星作為空間里的中轉站。如果我們想讓量子通信網絡覆蓋全球，那就需要20顆量子通信衛星。等到“量子互聯網”完全建成后，人們再也不用擔心信息泄露了，真希望那一天能早點到來！