解密全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”

8月16日凌晨1时40分，由中国科学家研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空，立刻引发全球关注。

为什么说量子通信能实现“绝对安全”？

传统的信息安全都是依赖于复杂的算法，只要计算能力足够强大，再复杂的保密算法原理上都能够被破解。而量子通信到底有什么“诀窍”，可以“防破译”，实现绝对安全呢？

这就要从量子的特殊性“量子叠加”说起。量子，是构成物质能量的基本单元，是能量的最小携带单位，所有的微观粒子（包括分子、原子、电子、光子）都是量子的一种表现形态。在经典物理世界里，物质的状态可以用0和1来描述，非0即1；而在量子世界里，物质的状态可以同时处于0和1的叠加状态。

奥地利物理学家薛定谔曾经用著名的“薛定谔的猫”这一思想实验来解释量子的叠加性。实验是这样的：在一个盒子里有一只猫，以及少量放射性物质。之后，有50%的概率放射性物质将会衰变并释放出毒气杀死这只猫，同时有50%的概率放射性物质不会衰变，而猫将活下来。根据经典物理学，尽管外部观测者只有打开盒子才能知道里面的结果，但是，在盒子里必将发生这两个结果之一。在量子的世界里，当盒子处于关闭状态，整个系统则一直保持不确定性的状态。

量子叠加状态导致了量子力学的不确定原理，即如果事先不知道单个量子状态，就不可能通过测量把状态的信息完全读取，也就不能复制。对任意一个未知的量子态进行完全相同的复制过程是不可实现的，这被称为“量子不可克隆原理”，从理论上保证了量子密码的绝对安全。

“墨子号”升空有何重大意义？

先来看两则曾经震动世界的新闻：2013年的棱镜门事件，2015年《纽约时报》爆出美国国家安全局监听谷歌、雅虎用户通信信息一事，充分暴露出信息安全领域存在的隐患。然而这只是众多信息安全泄露事件中暴露出的冰山一角，随着计算能力的飞速提升，破译数学密码的难度也逐渐降低，信息安全隐患就像悬在各国安全领域的达摩克利斯之剑。

“墨子号”量子科学实验卫星，顾名思义，就是用于量子实验研究的卫星。当其他国家的量子实验研究还只是停留在地面范围时，中国的量子实验研究已经“搬上太空”，率先跨入了“星地时代”。

澳大利亚《卫报》在报道“墨子号”成功发射的文章中指出，此次中国发射量子卫星将进行广域量子密钥网络实验、长距离的量子纠缠分发实验，将有望实现远距离的“防破译”的通信，保证数字信息传输的安全性。

也就是说，一方面，从国家战略层面来说，率先发射量子科学实验卫星，意味着中国或将先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力，从而实现量子通信技术的全球领跑，使我国在国际竞争中占领制高点，保障国家信息安全；另一方面，量子科学实验卫星的发射也是我国综合国力提升的具体体现，并将进一步对我国经济发展产生巨大影响。

它的市场化应用前景如何？

实践证明，此前量子力学的发展已经给人类生产生活带来极大的好处，比如激光、半导体、核能等技术的利用与普及。

“墨子号”量子卫星首席科学家、中国科大常务副校长潘建伟院士认为，如果量子科学实验卫星成功运行，中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信网络，初步构建一个广域量子通信体系。结合地面即将建成的“京沪干线”千公里级广域量子通信骨干网络，可以初步构建我国空地一体的广域量子通信体系，为率先建成全球化的量子通信网络奠定基础。

有专家认为，量子通信代表了数据传输速度与安全的未来方向，是一座万亿级别的产业富矿。据估算，短期内量子通信产业规模即可达数十亿元，而随着网络区域扩大及卫星量子通信网络建设，未来市场空间将更为广阔。