那么，为什么钥匙被别人一碰，就能立刻被知晓呢？
因为，科学家利用量子有多个叠加态的原理，用量子作为密钥。这样一来，一旦有人试图截获或测试量子密钥，就会改变量子状态，科学家便能立刻从改变中发现有人动了钥匙。所以，利用量子不可克隆和不可分割的特性，就能实现无条件安全的通信方式。
量子通信的另一重要内容量子隐形传态，是利用量子纠缠特性可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点，而不用传送物质本身，通过隐形传输实现信息传递。远距离量子隐形传态是实现分布式量子信息处理网络的基本单元。
外太空光信号损耗非常小，因此通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离
量子通信通常采用单光子作为物理载体，最为直接的方式是通过光纤或者近地面自由空间信道传输。但是，这两种信道的损耗都随着距离的增加而指数增加。由于量子不可克隆原理，量子通信的信号不能像经典通信那样被放大，这使得之前量子通信的世界纪录为百公里量级。根据数据测算，通过1200公里的光纤，即使有每秒百亿发射率的单光子源和完美的探测器，也需要数百万年才能建立一个比特的密钥。因此，如何实现安全、长距离、可实用化的量子通信是该领域的最大挑战和国际学术界几十年来奋斗的共同目标。
中国科学院上海技术物理研究所研究员，量子科学实验卫星工程常务副总师、卫星系统总指挥王建宇说：“利用外太空几乎真空因而光信号损耗非常小的特点，通过卫星的辅助可以大大扩展量子通信距离。同时，由于卫星具有方便覆盖整个地球的独特优势，是在全球尺度上实现超远距离实用化量子密码和量子隐形传态最有希望的途径。”
从本世纪初以来，该方向已成为国际学术界激烈角逐的焦点。潘建伟团队为实现星地量子通信开展了一系列先驱性的实验研究。
2003年，潘建伟团队提出了利用卫星实现星地间量子通信、构建覆盖全球量子保密通信网的方案，随后于2004年在国际上首次实现了水平距离13公里（大于大气层垂直厚度）的自由空间双向量子纠缠分发，验证了穿过大气层进行量子通信的可行性。2011年底，中科院战略性先导科技专项“量子科学实验卫星”正式立项。2012年，潘建伟领衔的中科院联合研究团队在青海湖实现了首个百公里的双向量子纠缠分发和量子隐形传态，充分验证了利用卫星实现量子通信的可行性。2013年，中科院联合研究团队在青海湖实现了模拟星地相对运动和星地链路大损耗的量子密钥分发实验，全方位验证了卫星到地面的量子密钥分发的可行性。随后，该团队经过艰苦攻关，克服种种困难，最终成功研制了“墨子号”量子科学实验卫星。“墨子号”卫星于2016年8月16日在酒泉卫星发射中心发射升空，经过4个月的在轨测试，2017年1月18日正式交付开展科学实验。
为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础
此次完成的星地高速量子密钥分发实验是“墨子号”量子卫星的科学目标之一。
中国科学技术大学研究员，量子科学实验卫星科学应用系统总师、卫星系统副总师彭承志说：“量子密钥分发实验采用卫星发射量子信号，地面接收的方式。‘墨子号’量子卫星过境时，与河北兴隆地面光学站建立光链路，通信距离从645公里到1200公里。在1200公里通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级（万亿亿倍）。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子，一次过轨对接实验可生成30万比特的安全密钥，平均成码率可达1千1百比特每秒。”
潘建伟表示，这一重要成果为构建覆盖全球的量子保密通信网络奠定了可靠的技术基础。“以星地量子密钥分发为基础，将卫星作为可信中继，可以实现地球上任意两点的密钥共享，将量子密钥分发范围扩展到覆盖全球。此外，将量子通信地面站与城际光纤量子保密通信网（如合肥量子通信网、济南量子通信网、京沪干线）互联，可以构建覆盖全球的天地一体化保密通信网络。”
地星量子隐形传态实验是“墨子号”量子卫星的另一个科学目标之一。
“量子隐形传态实验采用地面发射纠缠光子、天上接收的方式，‘墨子号’量子卫星过境时，与海拔5100米的西藏阿里地面站建立光链路。地面光源每秒产生8000个量子隐形传态事例，地面向卫星发射纠缠光子，实验通信距离从500公里到1400公里，所有6个待传送态均以大于99.7%的置信度超越经典极限。”彭承志说：“假设在同样长度的光纤中重复这一工作，需要3800亿年（宇宙年龄的20倍）才能观测到1个事例。这一重要成果为未来开展空间尺度量子通信网络研究，以及空间量子物理学和量子引力实验检验等研究奠定了可靠的技术基础。”
《 人民日报 》（ 2017年08月10日 06 版）
原标题：“墨子号”，抢占量子科技创新制高点
来源：http://scitech.people.com.cn/n1/2017/0810/c1007-29461008.html
