「墨子號」背後的愛情故事

去年8月16日，世界首顆量子科學實驗衛星「墨子號」發射升空，不到一年的時間，就完成了原定兩年完成的星地高速量子密鑰分發、量子糾纏分發和地星量子隱形傳態實驗三大科學目標。

中國科學技術大學潘建偉教授及其同事彭承志等組成的研究團隊，利用「墨子號」量子科學實驗衛星，在國際上首次成功實現了從衛星到地面的量子密鑰分發和從地面到衛星的量子隱形傳態。

兩項成果於8月10日同時在線發表在國際權威學術期刊《自然》雜誌上。

潘建偉介紹「墨子號」最新成果

實現星地高速量子密鑰分發

完成地星量子隱形傳態實驗

量子密鑰分發以及量子隱形傳態到底是什麼，今天，蝌蚪君就來深入淺出的科普一下。

故~事~來~啦~

量子密鑰分發

其實，整個「墨子號」所做的事情，基本上還是為了老百姓未來生活服務的。

大家除了吃飯穿衣，每天少不了的，就是通信了，電話、郵件、微信……

大家都面臨著一個基本的問題：怎麼來保證信息的隱私性？

蝌蚪君本來想用插畫的方式把故事娓娓道來，可惜力不從心，還是用文字來表述吧……

原諒手殘的蝌蚪君

這種經歷你肯定有過：男孩給女孩發簡訊，又不希望被女孩的媽媽看到（假設女孩的媽媽會檢查女孩的手機），那麼，怎麼才能做到呢？

「墨子號」的量子通訊技術上場了，它用「量子密鑰分發」技術保證了這條簡訊的安全性。

「墨子號」給男孩與女孩各發一組量子密鑰，男孩在發簡訊的時候，用量子密鑰把內容加密，女孩收到簡訊後，再用量子密鑰把簡訊內容解密出來。

就算女孩的媽媽就算拿到了手機，但因為沒有量子密鑰，她也無法看到簡訊的內容。

這就是量子密鑰分發的好處。

量子隱形傳態

那麼，量子隱形傳態又是什麼鬼呢？

這個東西不太好描述，再給大家講個故事，畫面請自行腦補。

一對男女，異地戀，兩個人之間建立了一種量子糾纏，男孩高興的時候，女孩也會高興（愛情的力量真偉大）。

不過劇本設定：量子隱形傳態必須出現一個第三者。

所以，在男孩的身邊出現了另外一個單身女孩B（我們把單身狀態稱為一種量子態）。

由於他們會經常在一起溝通工作上的問題，日久生情，男孩就與女孩B建立了愛情關係。

男孩的異地女友失戀了，成了單身狀態（我們稱她為女孩A）。

在這個過程中，女孩B把自己的單身狀態傳遞給了女孩A，這個過程中兩人雖然沒有見過面，但完成了一次量子隱形傳態。

單身狀態其實是一種信息，未來可以通過量子隱形傳態來傳遞信息。

雖然這是一個老套的狗血故事，但是你卻懂了呀。

量子通信的技術難點

墨子號做的實驗都是用單光子做的。所謂單光子就是說從天上的衛星到地面接受站之間的光路上每次都只發出一個光子，因為只有單光子的偏振態可以攜帶這些量子信息。

正因為是單光子，所以它在天地之間的跑的時候很容易丟失，也許被風吹丟了，也許被霧霾擋住了，也許遇見雷電被干擾了。

總之，目前的墨子號量子通信技術還處在科學實驗階段，整個單光子系統的脆弱性是一個主要的技術難點。

那麼，既然單光子那麼脆弱，為什麼不把單光子信號放大呢？正如用三極體把電壓信號放大一樣。

在量子通信里，這個量子信號是不能放大的。(所以單光子的脆弱性可能會永遠存在)

要把單光子的量子態放大，相當於是要複製一個未知的量子狀態。

這背後有一個物理學定律告訴我們這是做不到的。

這個定律就是「量子不可克隆定理」。

量子不可克隆定理說的，一個未知的量子態是不能被複制的。

克隆是什麼？

克隆就是複製，以前一般用到生物領域，比如克隆羊啊，克隆豬啊，都是沒爹沒娘的，都是從兄弟那裡複製出來的。

70多年前，我們中國的生物學家童第周就搞過克隆蝌蚪的研究工作。

（我的克隆同胞呢？！）

1982年，克隆的思想進入到了物理學領域。不過，在物理界，情況與生物界不同——一個未知的量子態是不能被克隆的。

當年，物理學家威廉·沃特斯和沃伊切克·祖瑞克也是在英國《自然》雜誌上發表了題為「單量子不能被克隆」的論文。他們在論文中用簡單的量子力學公式證明了一件大事：在量子的物理世界裡，克隆是不行的。

正因為有了量子不可克隆定理，所以被用於量子通信的單光子信號不能被放大，所以整個通信系統容易受到外界環境的影響。

不過，量子通信的實驗，目前中國是全球第一，處於顛覆性創新，一旦技術成熟，必將改變老百姓的生活。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！