大兵老師的神奇小屋

王依兵

期末考試剛結(jié)束，壯壯、小菲和小天就結(jié)伴走向?qū)嶒灅且粚拥纳衿嫘∥荨Ｐ》七呑哌厗枺骸澳銈儌z考得怎么樣？”小天說：“我覺得還好，就是數(shù)學最后一道題沒做出來。”壯壯附和道：“是啊，那道題好難，我也沒有找到思路。”小菲得意地說：“看來只有我會做啊！”

這時，神奇小屋的門上依稀出現(xiàn)了一個圖形。三人湊近一看大吃一驚。“這不就是我沒做出來的那道數(shù)學題嗎？”小天喊道。壯壯對小菲說：“只有你做出來了，你去回答吧。”

小菲不慌不忙地說：“這個問題只要我給你們一些提示，就會變得簡單很多。你們先回憶一下三角形的面積是怎么計算的吧。”

小天自信地說：“那簡單，不就是底乘以高再除以2嘛。”

壯壯說：“那這兩個三角形的面積還是不能直接算出來啊。”

壯壯和小天又盯著這個圖像看了很久。壯壯搖搖頭說：“不行，還是沒想出來。”小天也嘆了口氣說：“你直接說答案吧，我們不能一直在門口干瞪眼啊，回家以后再想吧。”

小菲無奈地說：“好吧，你們留著慢慢想吧。答案是36！”

小菲話音剛落，神奇小屋的門“哐”地一下就打開了。

一進門小天就嚷起來：“大兵老師，太敷衍了，您也太敷衍了！把我們的考試題拿來當成進門的密碼！”

大兵老師說：“這是你們數(shù)學老師送上門的，他說這學期的最后一道題有點兒難度，不少同學都沒答出來，我正好看看你們會不會……”

壯壯說：“啊！原來您是想撿現(xiàn)成的啊？就像我們倆是跟著小菲混進來的一樣。”

小天也附和道：“是呢是呢，我猜啊，您也沒答出來，想讓我們給您算出答案。”

大兵老師訕訕一笑，忙轉(zhuǎn)移話題道：“你們知道墨子嗎？”

壯壯搶答說：“我知道，墨子是我國春秋戰(zhàn)國時期的思想家、教育家、科學家。他提倡‘兼愛’‘非攻’，創(chuàng)立了墨家學說。”

大兵老師點點頭，說：“很好。那么你們知道墨子號衛(wèi)星嗎？”

三位同學互相看了看，都搖了搖頭。

大兵老師說：“墨子號是我國發(fā)射的世界上第一顆量子科學實驗衛(wèi)星。你們看，這是2016年8月16日，墨子號在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空的樣子。”神奇小屋的墻壁上浮現(xiàn)出火箭發(fā)射的場景。

“太壯觀了！”小天感嘆道。

小菲提問道：“這個量子科學實驗衛(wèi)星是做什么用的啊？”

大兵老師回答：“墨子號主要是用來完成量子通信技術(shù)的實驗。”

小菲問：“量子通信是什么意思啊？”

大兵老師說：“這就要從量子糾纏講起了。量子力學認為，兩個處于量子糾纏態(tài)的粒子無論相隔多遠，只要改變其中一個粒子的狀態(tài)，另一個粒子的狀態(tài)就會瞬間發(fā)生相應的變化。說得通俗一點兒，就好像是存在‘心靈感應’一樣。而且這種變化是瞬間完成的，非常神奇。”

壯壯問：“那這和通信又有什么關系呢？”

大兵老師從兜里拿出一對文玩核桃說：“如果我們假設這兩個核桃是一對處在糾纏態(tài)的量子。現(xiàn)在我手里有一個，另一個發(fā)給你。”說著大兵老師把核桃扔給了壯壯：“然后，只要改變我手里這個‘量子’的狀態(tài)，你手里的‘量子’也會跟著變。如果我把每個狀態(tài)定義為一個密碼，就可以通過不斷改變量子狀態(tài)發(fā)送信息，你那邊就能接受一連串的信號，可以反向解讀出我發(fā)送的信息——這樣就完成了一次量子通信。”

壯壯點點頭說：“哦，原理是這樣啊！”

小天湊過來看了看壯壯手里的核桃說：“老師，您還玩這個啊，都盤包漿了……”

大兵老師趕緊收回核桃接著說：“墨子號的主要實驗有三個，量子秘鑰分發(fā)、量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)實驗。”

小天撓撓頭問：“這都是啥意思啊？”

大兵老師說：“這個有點兒復雜，我簡單說一下吧。所謂量子秘鑰分發(fā)，就是從衛(wèi)星分別發(fā)送單光子束給地面上兩個距離遙遠的基站，使得地面的兩個基站可以通過衛(wèi)星傳遞信息。量子糾纏分發(fā)就是在衛(wèi)星上產(chǎn)生一組糾纏態(tài)的量子，然后把它們分別發(fā)送給地面上兩個距離遙遠的基站。這樣地面上的兩個基站就可以利用量子糾纏效應直接建立通信了。在2017年6月16日，墨子號成功實現(xiàn)了將兩個量子糾纏的光子分別發(fā)送到地面距離1000多千米的基站。量子是個廣義的概念，包含多種粒子。墨子號里使用的是光子。2018年1月，墨子號實現(xiàn)了向中國和奧地利相距7600千米的兩地進行秘鑰分發(fā)，并利用共享密鑰實現(xiàn)了加密數(shù)據(jù)傳輸和視頻通信。”

壯壯說：“這太了不起了！不過，那個量子隱形傳態(tài)是什么啊？”

大兵老師回答：“簡單地說就是先制備出兩個處于糾纏狀態(tài)的光子——A和B，讓A處于地面，B處于衛(wèi)星上，然后我們用第三個光子C去與地面上的A發(fā)生糾纏，這時，A和B之間的糾纏狀態(tài)就會被破壞，但衛(wèi)星上的光子B卻可以反映第三個光子C的狀態(tài)，就如同把第三個光子C的狀態(tài)傳遞到了衛(wèi)星上一樣。”

小天垂頭道：“好難啊，聽起來有點兒暈……”

大兵老師說：“沒關系，現(xiàn)在你們還沒有足夠的知識儲備，以后會懂的。目前，墨子號已經(jīng)實現(xiàn)了世界上首次從地面到衛(wèi)星的隱形傳態(tài)。”

小菲問：“老師，我聽說量子通信是不會被竊聽的通信方式，這是為什么呢？”

大兵老師回答：“這是因為量子的狀態(tài)一旦被測量，就會被改變，而且光子有不同的偏振態(tài)，就算被竊聽了，第三方也不知道傳輸者約定采用的偏振方式，也就無法解讀出有用的信息了。大家一時聽不懂也沒關系，只需要知道量子通信是目前最安全的一種通信方式就可以了。而且，它獨特的超越時空的方式可以為原本難以建立通信的邊遠地區(qū)提供一種新的通信方式。”

壯壯說：“我真想試一試啊，我們什么時候才能用上量子通信啊？”

大兵老師說：“量子通信正在逐漸從理論走向?qū)嵺`，但目前離普及應用還有很長的路要走。要解決一系列的技術(shù)難題，降低成本，建立相應的通信標準，建設支撐量子通信的基礎設施等。也許在未來的某一天，你們就會用上量子通信的手機了呢。”