20世纪，“第一次量子革命”孕育出激光、半导体、核能等技术，发展出光通信、电子计算机、手机、互联网等改变人类文明进程的重大应用，对我们的生活方式产生了巨大影响。进入21世纪，以“量子调控”为特征的“第二次量子革命”拉开序幕，这次量子革命将会给人类文明带来更巨大的进步。今天小编为大家推荐《量子隐形传态通信技术论文 (精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！
试析量子纠缠与超光速量子通信
摘 要：随着我国通信技术的发展，原有的经典通信技术逐渐被现有量子通信技术所取代，而量子通信是一门将经典通信与量子力学充分结合在一起所形成的通信技术，在量子力学中，量子纠缠作为其中的一种现象，与量子通信技术有着密不可分的关系。建立在量子纠缠上所发展出来的通信技术是对传统通信技术的一种颠覆，更是未来通信技术的发展方向，这种技术在保密与抗干扰方面有着无可比拟的优势，该文主要通过对量子纠缠的分析，探讨超光速量子通信的实现。
关键词：量子纠缠 超光速量子通信 量子隐形传态
在经典通信中是以比特作为信息单元，而在量子通信中是以量子比特作为信息单元，是通过量子比特信息的有效传递来实现量子通信，它主要包括量子信道传送经典比特的量子密集编码，用经典辅助办法传送量子态的量子隐形传态以及信息保密传送所需的绝对安全量子密码等[1]，其中量子隐形传态更是量子通信的典型方式之一，该文主要是通过对量子纠缠的分析探讨超光速量子通信。
1 量子纠缠分析
1.1 量子纠缠的概念
量子纠缠又叫量子缠结，是一种量子力学中的现象，俗称量子态，主要是粒子在由两个或两个以上粒子组成系统中相互影响的现象，即使粒子在空间上有可能分开，但这种现象依然存在，当tt0时，这些量子态之间的相互作用现象则主要是由Hiber空间中相应的矢量进行描述，其空间构成的各个量子态系统则同样由其Hiber空间中相应的矢量进行描述，这样的空间量子态被称为Hiber空间的直积态，反之就称之为纠缠态，也就是说，如果存在量子纠缠态，最少需要两个或两个以上的量子态进行叠加作用才能得到体现[2]。
1.2 量子纠缠态
在量子力学中普遍存在量子纠缠态，假设①和②分别为两个自旋的1/2粒子，由这两个粒子组成量子纠缠态，这时的量子系统就处于自旋单态，其总自旋为0，也就是说量子系统是处于EPR对状态，其各自的自旋方向则互相以反平行的方向出现，从而得出：
式中的和为①②粒子的自旋方向为向上，其自旋值为+1/2，而和则为①②粒子的自旋方向为向下，其自旋值为-1/2。通过上式可以看出，若是单独对①②粒子的自旋进行测量，其自旋方向无非就是向上或向下，各自的几率各占1/2，但是若只是针对①粒子进行局域测量，当其自旋方向向上或向下时，其另一个粒子②无论是否进行过测量，其自旋方向必然是向下或向上的(与另一个粒子的自旋方向相反)，出现这种情况的主要原因就是当对粒子①进行测量，得出其自旋率为+1/2时，量子系统的状态就已经从的状态坍缩到了和的状态上，因此就可以确定出粒子②处于状态上，其自旋值为-1/2，由此也可以看出，粒子自旋态的构造形成与其出现坍缩之间是呈现非定域性的，所以，处于量子纠缠态的两个粒子，若是对其中一个粒子进行测量，确定出其状态，则对另一个粒子所处的状态也可以间接确定出来，这就是量子纠缠态之间的非局域性关联性[3]。
2 超光速量子通信的探讨
2.1 量子通信方式
2.1.1 量子隐形传态的原理
量子隐形传态的通信方式是将所要传递的原始信息分成经典与量子两个部分，其中经典信息部分是由经典信道的方式进行传输，也就是通常所见的电话，电传等，而量子信息部分则是由量子信道进行传输，从而将某个原始信息，也就是其粒子的原始态从一方传输到另一方，即将这个原始信息的量子态制备到另一个粒子上，在整个信息传输过程中，其传递的主要就是呈现原始状态的量子态，而不是原物本身，因此将这种传递状态称之为量子隐形传态。
2.1.2 量子隐形传态的实现过程
如图1所示，为量子隐形传态的实现过程图，在图中，A指的是量子传态的发送者，而B则指的是量子的接收者，指的是待传量子态，根据量子隐形传态的传输规律，其信息的传输过程如下所示：
(1)将需要传输的信息制备到自旋为1/2的粒子①的量子态上，然后将粒子①放置在A处，而此时A并不知道粒子的真实状态;
(2)待量子纠缠源产生EPR对时，使粒子②③也处于EPR状态当中，待粒子②③分别传送到A和B时，A和B之间也就建成了量子传递信道;
(3)在量子传态的发送者A方中，将其粒子①②分别进行BELL基测量，分别得出不同的测量结果，同样的，在接收者B方中将粒子③进行自旋测量，也会得出不同的测量结果，并且这个结果与公式中的某一项成对应关系：
(4)将A方中的测量结果以经典信道传输到B方，而B方则按此测量结果找到相对应的么正变化ui(i=1，2，3，4)，相应的将测量结果表示为ui|Φ>3，最后再将测量结果进行逆变换ui-1，就得到|Φ>3-，这就是需要传送的量子态，只不过原来属于粒子①，现在则是已经制备到粒子③当中，也就是说已经完成了量子态|Φ>的传送[3]。
2.1.3 量子隐形传态的特点
量子隐形传态的特点主要包含以下几点：在进行量子信息传递时不需要提前知道接收方在何处;在进行量子信息传递的过程中不会受到任何的阻碍，其隐形传态可以说是一种超越空间距离的传送;量子信息的传输速度直接由量子态的坍缩速度来决定，而其坍缩速度更是直接超越了光速，因此量子隐形传态的信息传输速度直接超越了光速;与经典信道的传输速度相比，原物信息的传输速度同样不会超越光速。
3 超光速量子通信的实现
通过上文的探讨分析，可以看出信息的传送离不开两个信道的共同作用，因此其信息的传输速度也就不会超越光速，而对于人类目前的研究来说，用量子信道来取代经典信道，即将经典信息通过量子信道进行传送，不仅可以突破经典信道信息传输过程中的种种限制，同时还能实现超光速量子隐形传态，也就是说实现了超光速的量子通信。
4 結语
综上所述，该文通过对量子纠缠的分析，探讨超光速量子通信。首先对量子纠缠的概念以及量子纠缠态的局域性关联性进行了分析;其次对量子通信的典型方式量子隐形传态进行了分析，主要分析其原理，实现过程以及特点;最后探讨超光速量子通信的实现问题。希望该文的分析探讨对我国的超光速量子通信技术的研究与实践能起到一定的帮助作用。
参考文献
[1] 李同山，王善斌.量子纠缠与超光速量子通信[J].山东理工大学学报：自然科学版，2006(2)：89-92.
[2] 高山.关于量子超光速通信的一个理论设想[J].中国传媒大学学报：自然科学版，2004(S1)：78-79.
[3] 吴国林.量子纠缠及其哲学拓展[J].哲学分析，2011(2)：120-133，199.
作者：马忠智
我们的征途是“星辰大海”(下)
20世纪，“第一次量子革命”孕育出激光、半导体、核能等技术，发展出光通信、电子计算机、手机、互联网等改变人类文明进程的重大应用，对我们的生活方式产生了巨大影响。进入21世纪，以“量子调控”为特征的“第二次量子革命”拉开序幕，这次量子革命将会给人类文明带来更巨大的进步。目前，我国在“第二次量子革命”中已抢占前沿：成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，成功实现千公里级星地量子纠缠分发、星地量子密钥分发和星地量子隐形传态;成功开通世界首条量子保密通信干线—“京沪干线”;成功研发世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机。
“墨子号”：世界上第一颗空间量子科学实验卫星
通信安全是国家信息安全和人类经济社会生活的基本需求。千百年来，人们对于通信安全的追求从未停止。然而，基于计算复杂性的传统加密技术，在原理上存在着被破译的可能性。随着数学和计算能力的不断提升，经典密码被破译的可能性与日俱增。量子通信基于量子物理学的基本原理，克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式，可以从根本上解决国防、金融、政务、商业等领域的信息安全问题。目前，基于光纤的城域和城际量子通信技术正在走向实用化和产业化，我国在这方面已经走在了世界前列。但是由于光纤的固有损耗以及单光子状态的不可复制性，目前点对点光纤量子通信的距离难以突破百公里量级。因此，要实现广域乃至全球化的量子通信网络，还需要借助卫星的中转。“墨子号”正是在这种大背景下应运而生的。
2016年8月16日，我国成功发射了全球第一颗空间量子科学实验卫星—“墨子号”，意味着在世界上率先实践量子通信。“墨子号”一举突破了光量子的传输距离难以突破百公里级这一瓶颈，开创了利用卫星千公里传送量子信息的先河，也将量子通信推到了实用的当口。我国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学院院士潘建伟说：“如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的‘网’，那么‘墨子号’就像一杆将这张网射向太空的‘标枪’。‘天地网’织就后，海量信息将实现‘无条件’安全。”
“墨子号”由中国科学技术大学、中国科学院微小卫星创新研究院、中国科学院上海技术物理所等多家单位合作研制，是由我国科学家自主研制的。为什么取名“墨子号”呢?哲学家、墨家学派创始人墨子是一位鲜为人知的科学家。《墨经》里记载了世界上第一个“小孔成像”实验，该实验解释了小孔成倒像的原因，而这正是现代照相技术原理的起源。这个实验指出了光是沿着直线传播的，也是第一次对光的直线传播进行科学解释—这在光学中是非常重要的一条原理，为量子通信的发展打下了基础。用“墨子号”来命名量子卫星，和卫星本身的意义相符，也体现了我们的文化自信。
“墨子号”自上天以来，不仅在国际上第一次成功实现千公里级的星地双向量子通信，提前完成预先设定的量子纠缠分发、量子密钥分发、量子隐形传态三大科学任务，而且结合“京沪干线”首次成功实现洲际量子保密通信，为我国继续引领世界量子通信技术发展奠定了坚实的基础。
“墨子号”任务之一：星地量子纠缠分发―验证世界谜题
量子力学建立初期，“纠缠”这个现象就引起了所有物理学家的好奇，爱因斯坦将其称为“遥远地点之间的诡异互动”。 通俗地说，两个处于纠缠状态的量子就像有“心灵感应”，无论相隔多远，一个量子状态发生变化，另一个也会改变。过去的大半个世纪里，这种现象背后的本质一直深深困惑着科学家们。
星地量子纠缠分发作为“墨子号”卫星的三大科学实验任务之一，是国际上首次在空间尺度上开展的量子纠缠分发实验。
中国科学家通过“墨子号”卫星，从太空将一对相互“纠缠”的量子“分发”到青海德令哈和云南丽江两个地面站，发现在兩个相距超过1203公里的实验站之间，量子的“纠缠效应”仍然有效，并通过数千对量子的实验，检验了这一成果。
“墨子号”量子科学实验卫星在千公里级的空间尺度上实现了严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。这一重要成果为未来开展大尺度量子网络和量子通信实验研究，以及开展外太空广义相对论、量子引力等物理学基本原理的实验检验奠定了可靠的技术基础。“墨子号”卫星在世界上第一次实现千公里级的量子纠缠，将量子通信实用化进程向前推进了一大步。
“墨子号”任务之二：量子密钥分发―构建不可窃听和破译的通信方式
量子密钥分发通过量子态的传输，使在遥远两地的用户共享无条件安全的密钥，并利用该密钥对信息进行一次一密的严格加密，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。
“墨子号”成功实现洲际量子密钥分发
“墨子号”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”分别与河北兴隆、奥地利格拉茨地面站进行了星地量子密钥分发，通过指令控制卫星作为中继，建立了兴隆地面站与格拉茨地面站之间的共享密钥。科学家利用“墨子号”卫星，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信，成功举行了75分钟的中国科学院和奥地利科学院洲际量子保密视频会议。该成果标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力。
“墨子号”任务之三：量子隐形传态—“星际穿越”不再是梦想
时空穿越一直是人类的梦想。在量子世界中，这种时空穿越的现象真的存在，這就是“墨子号”的第三个实验—量子隐形传态。量子隐形传态是一种全新的通信方式。通俗来讲，就是将甲地的某一个粒子的量子态信息在乙地的另一个粒子上还原出来，就好像是进行了一场“星际穿越”，但粒子本身并未被传送。1997年，奥地利安东·塞林格团队率先完成量子隐形传态实验，当时年轻的潘建伟也是团队成员之一。现在我国科学家通过“墨子号”量子卫星，首次实现千公里级的量子隐形传态，为未来开展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。
“京沪干线”：世界首条量子保密通信干线
2017年9月29日，世界首条量子保密通信干线—“京沪干线”正式开通。当日，结合“京沪干线”与“墨子号”的天地链路，我国科学家成功实现了洲际量子保密通信。这标志着我国在全球已构建出首个天地一体化广域量子通信网络雏形，向未来实现覆盖全球的量子保密通信网络迈出了坚实的一步。建成后的“京沪干线”，连接北京、上海，贯穿济南和合肥，形成全长2000多公里的量子通信骨干网络，并通过北京接入点实现与“墨子号”的连接。“京沪干线”全线路密钥率大于20千比特/秒，可满足上万用户的密钥分发业务需求，已实现北京、上海、济南、合肥、乌鲁木齐和奥地利科学院6点间的洲际量子通信视频会议。
量子通信“京沪干线”示意图
2017年12月18日，《自然》杂志公布的“2017年改变世界的十大科学人物”中，量子“京沪干线”和“墨子号”量子卫星首席科学家潘建伟成为唯一入选的中国科学家。《自然》杂志评论，潘建伟引领中国走到了远距离量子通信的最前沿
2017年9月29日下午，在“京沪干线”北京控制中心，中国科学院院长白春礼使用量子加密视频会议系统，分别与合肥、济南、上海、乌鲁木齐等地成功地进行了通话。随后，白春礼又通过“墨子号”量子科学实验卫星与奥地利地面站的卫星量子通信，并与奥地利科学院院长安东·塞林格进行了世界首次洲际量子保密通信视频通话。这次通话使用的量子密钥，信号是这样“走”的：先通过“京沪干线”北京控制中心与“墨子号”卫星兴隆地面站连接，打通天地一体化广域量子通信的链路，然后通过“墨子号”与奥地利地面站的卫星量子通信，来到7000公里以外的欧洲。
“京沪干线”与“墨子号”卫星，已成功构建出我国的天地一体化广域量子通信网络雏形。以“京沪干线”为基础，我国将推动量子通信在金融、政务、国防、电子信息等领域的大规模应用，建立完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统，最终构建基于量子通信安全保障的量子互联网。此外，“京沪干线”的建成和开通也将吸引和培育一批量子保密通信领域的上下游企业，使量子保密通信产业成为我国重要的战略性新兴产业。
世界首台量子计算机原型机在中国诞生
2017年11月，美国IBM公司宣布推出全球首款50个量子比特的量子计算机原型机，量子计算领域的竞争进入关键阶段。在IBM公司宣布成果的半年前，即2017年5月3日，我国量子科学实验卫星首席科学家、中国科学技术大学潘建伟院士及其同事陆朝阳、朱晓波等，联合浙江大学王浩华教授研究组，成功构建了世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机原型机，实现10个超导量子比特纠缠，在操纵质量上也是全球领先。这是历史上第一台超越早期经典计算机的基于单光子的量子模拟机，为最终实现“量子称霸”的目标奠定了坚实的基础。
为什么要研究量子计算机?从1970年到 2005年，正如摩尔定律预测的一样，每18个月集成电路上可容纳的元器件数目约增加一倍，计算机的性能也相应提升近一倍。但2005年后这种趋势就开始放缓，极其微小的集成电路面临散热等问题考验。
量子计算机电子线路
如果按这个趋势继续发展，当集成电路的尺寸接近原子级别的时候，电子的运动也不再遵守经典物理学规律，这个时候量子力学将起到主导作用。量子计算利用量子相干叠加原理，在原理上具有超快的并行计算和模拟能力，计算能力随可操纵的粒子数呈指数增长，可为经典计算机无法解决的大规模计算难题提供有效解决方案。传统计算机要100年才能破解的难题，量子计算机可能仅需1秒。由于量子计算的巨大潜在价值，欧美各国都在积极整合各方面研究力量和资源，开展协同攻关，同时，大型高科技公司如谷歌、微软、IBM等也强势介入量子计算研究。
如果“量子称霸”实现，人类计算能力将迎来飞跃，接下来会在多个领域推广。一些行业巨头已经盯上了量子计算未来应用：阿里巴巴建立了量子计算实验室;中国科学院与阿里云合作发布量子计算云平台;IBM宣布计划建立业界首个商用通用量子计算平台，还与摩根大通等公司合作，计划在2021年前推出首个在金融领域的量子计算应用。
“我相信量子技术在21世纪的重要性可与上个世纪的‘曼哈顿计划’相比。”潘建伟院士说。也就是说，量子技术可能像“曼哈顿计划”造出原子弹那样改变世界格局。
揭秘全球首颗量子卫星
8月16日1时40分，我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星(简称“量子卫星”)“墨子号”发射升空。随着此次发射任务的圆满成功，人类将首次完成卫星和地面之间的量子通信，标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。
量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一，其主要科学目标是借助卫星平台，进行星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。
我国自主研发的量子卫星突破了一系列高新技术，包括同时瞄准两个地面站的高精度星地光路对准、星地偏振态保持与基矢校正、星载量子纠缠源等工程级关键技术等，卫星设计寿命为两年。量子卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。
什么是量子和量子通信
量子是物理世界里最小的、不可分割的基本个体。可以说，整个世界都是由量子组成的。而量子理论，被称为物理世界的百岁“幽灵”，连不少科学家都为其产生的神秘现象所迷惑，对于普通人来说自然更加高深。但若试着走近它，你会发现这个“幽灵”的魅力。
量子的奇妙之处首先在于它的奇妙特性——量子叠加原理和量子纠缠。
什么是量子叠加原理?就是说，量子有多个可能状态的叠加态，只有在被观测或测量时，才会随机地呈现出某种确定的状态，因此，对物质的测量意味着扰动，会改变被测量物质的状态。“这就好比孙悟空的分身术”，量子卫星首席科学家、中科院院士潘建伟解释道，“一个孙悟空同时出现在多个地方，孙悟空的各个分身就像是他的叠加态。在日常生活中，我不可能同时出现在两个地方，但在量子世界里，作为一个微观的客体，它同时出现在许多地方。”
而所谓的量子纠缠，则意味着两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两个人的距离有多远，当哥哥的状态发生变化时，弟弟的状态也跟着发生一样的变化。“如果这两个光量子呈纠缠态的话，哪怕是千公里量级或者更远的距离，大家认为，还是会出现遥远的点之间的诡异互动。”潘建伟补充道，两个处于纠缠状态的粒子无论相距多远，都能“感应”对方状态，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。科学家就可以利用这种效应将甲地某一粒子的未知量子态，在乙地的另一粒子上还原出来。
随着这两种特性被科学家不断认识，适用于实际应用的新技术也被逐渐开拓出来，量子通信就是其中之一。
以往用以微电子技术为基础的计算机技术传递信息极易遭遇窃听，但通过把量子物理与信息技术相结合，利用量子调控技术，能够用一种革命性的方式对信息进行编码、存储、传输和操纵，从而在确保信息安全、提高运算速度、提升测量精度等方面突破经典信息技术的瓶颈，这就是量子通信。
通常认为，量子通信分为两种，一种是量子保密通信(量子密钥分发);另外一种是量子隐形传态。
量子保密通信，就好比一个人想要传递秘密给另外一个人，需要把存放秘密的箱子和一把钥匙传给接收方。接收方只有用这把钥匙打开箱子，才能取到秘密。没有这把钥匙，别人无法打开箱子，而且一旦这把钥匙被别人动过，传送者会立刻发现，原有的钥匙作废，再给一把新的钥匙，直到确保接收方本人拿到。
那么，为何钥匙被别人一碰，就能立刻被知晓呢?
因为，科学家利用了上面提到过的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。
量子通信的另一种——量子隐形传态也利用了量子的两大特性，通过隐形传输实现信息传递。也就是说，将粒子的未知量子态精确传送到遥远地点而不用传送粒子本身。
为何要发射量子卫星
量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化。在城市里，通过光纤建构的城域量子网络通信已经开始尝试实际应用，我国在城域光纤量子通信方面已取得了国际领先的地位。
那为什么还要把量子实验室从地面搬到太空呢?
“由于光纤的固有损耗，在光纤中实现远距离量子通信面临着巨大挑战。”潘建伟说。
原来，用量子通信方式传递信息，传送的是光的最小能量单元。但这种最小的颗粒，不能再被分割，也不能复制。即使采用目前最先进的理想单光子探测器，在1000公里光纤中进行点对点量子通信，每300年也只能传输一个比特。“就好比一支拥有100万人的队伍，到最后可能只剩下几个人，花了很长时间才能抵达目的地。”这种受制于光纤，不能放大量子通信信号的问题，导致了在远距离上信息传递效率很低，令科学家们一筹莫展。虽然通过量子中继手段，即分成若干段传输来降低每一段的损耗，用“量子接力”的方式解决这一难题，但走向实际应用还需时日。
后来，科学家意识到，真空里不会有光的损耗，想要实现覆盖全球的广域量子保密通信，还需要借助卫星的中转。
2005年，潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验，证明光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持，从而验证了星地量子通信的可行性。近几年开展的一系列后续实验都为发射量子卫星奠定了技术基础。
“这样一来，通过发射卫星，去除干扰因素，就可以实现几千公里的量子通信。”潘建伟说，有了量子卫星，还可以在宏观距离上检验所谓的量子力学的非局域性，也就是“幽灵般的超距作用”。“看看在实验室里不断被重复检验的理论，放在太空是否还能实现。”
将开展哪些实验
“量子卫星的科学目标是开展星地高速量子密钥分发实验，并在此基础上进行广域量子密钥网络实验，以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验，开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。”潘建伟介绍。
量子卫星将主要开展星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验共4项科学实验。其中，星地高速量子密钥分发实验就像从卫星向地面分发钥匙，实现卫星与地面之间以量子密钥为核心的保密通信试验。当量子密钥产生后，通信双方即可进行保密通信，这个过程从原理上已经证明是绝对不可窃听、无法破译的，因此整个通信过程是无条件安全的。
广域量子通信网络实验则将在两个光学地面站间，通过卫星中转的方式组建真正意义的广域量子通信网络。“比如当卫星飞过北京上空时，通过星地量子密钥分发过程，在北京和卫星间建立密钥;同理，当卫星飞过乌鲁木齐上空时，通过星地量子密钥分发过程，在乌鲁木齐和卫星间建立密钥。这样，北京和乌鲁木齐之间就能建立绝对安全的量子密钥。”潘建伟举例，用这种方式就能够将两个分隔遥远的地面光纤量子通信网络相互联通，真正实现广域覆盖量子通信网络。
这些量子科学实验非常复杂，难度极大，是“针尖对麦芒”的挑战。这些实验能够产生经过编码的，甚至是纠缠的光量子并发射到地面上，与之对接的地面系统则负责“接收光量子”，这种光量子的发射与接收被称为“针尖对麦芒”。
“在量子卫星飞行的过程中，携带的两个激光器要分别瞄准两个地面站，向左向右同时传输量子密钥。这就要求在飞行的过程中必须始终保证精确对准，跟踪要达到相当高的精度，这也是国际上从来没有人做过的。”中国科学院空间科学与应用研究中心主任、空间科学先导专项科学卫星工程常务副总指挥吴季说。
量子科学实验卫星工程常务副总设计师、卫星总指挥王建宇说，如果把光量子看成一个个1元硬币，星地实验就相当于要从在万米高空飞行的飞机上，不断把上亿枚硬币发射到地面上一个不断旋转的储蓄罐上，不但要求这枚硬币击中这个储蓄罐，而且要使得硬币能够准确地射入储蓄罐细长的投币口，并且硬币要源源不断地进入储蓄罐内。
作为我国第三颗科学实验卫星，量子卫星将使我国在世界上首次实现星地量子通信，真正体现量子通信可向广域范围发展的可能性，抢占国际竞争主动权。
它还将使我国在国际上首次实现具有空间大尺度的量子纠缠分发和量子隐形传态，率先开展一系列空间尺度的量子力学基础检验实验，带动我国量子物理整体水平的大幅度提升。
未来有什么应用
据专家介绍，量子卫星发射后，天地一体化量子科学实验系统将投入正式运行，而“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网工程预计今年下半年交付。
“大规模推广量子通信应用后，将极大提高人们信息传输的私密性和安全性。”潘建伟说，建好“量子互联网”后，人们不用再担心任何信息泄露，从而避免恶意攻击和欺诈行为。
量子保密通信，能够从三个方面保障信息安全。第一，发送者和接收者之间的信息交互是安全的，不会被窃听或盗取。第二，“主仆”身份能够自动确认，只有主人才能够使唤“仆人”，而其他人无法指挥“仆人”。第三，一旦发送者和接收者之间的传递口令被恶意篡改，使用者会立刻知晓，从而重新发送和接收指令。
“信息安全根本上需要解决的，就是传输内容不被别人知道、保证接收者是和发送者对话，以及信息不被篡改。”潘建伟说，仅仅发射一颗卫星是不够的，只有形成星座才能建构起网络，而且需要地面配置相应基础设施，确保网络联接到千家万户。
“比如，将来可以在手机中植入量子加密芯片，用来接收并存储密钥。”潘建伟描述了一幅未来场景，人们只需要每天在家里，将手机和量子密钥分发机连接，就能够实现保密通信。“走到这一步，还需要对网络基础设施进行改造，制定通信标准等，10年至15年，有望实现。”
得益于这种绝对安全性，量子通信不仅应用于百姓日常通信，也可用于水、电、煤气等能源供给和民生网络基础设施的通信保障，还可应用于国防、金融、商业等领域，势必对产业界和科技界产生巨大变革。
作者：刘诗瑶
