奔跑中的中国 — 量子通信与量子存储器

加 加 徐 珊/供稿

亲爱的小伙伴们，你们知道吗？在2016年全球自然科学技术指数中，我国共有20项高科技处于世界第一，领先于西方国家！我一直以为祖国只是个加工大国，没想到科技也已经这么发达，能研发出这么多的属于自己的高科技！

我真的是太激动了，相信小伙伴们此刻的心情也跟我一样吧！接下来，就让我一个一个来介绍吧！今天，咱们就先来说说量子通信和量子存储器。这是两项相依相存的科技，同时也是2016年最火的科技。

2016年5月，中国科学技术大学的教授们成功研究出百毫秒级高效量子存储器。2016年8月，量子通讯卫星“墨子号”被送入轨道。它不仅是中国第一颗，也是世界第一颗上天的量子卫星。凭借着这颗卫星，我国首次建成了“天地一体化”的量子通信网络，奠定了我国在量子通信领域的领头地位。

看到这里，我产生了一个疑问：现在的通讯这么发达，电话、网络无处不在，通讯卫星更是满天飞舞，为什么还要弄量子通信这么高深的东西？它到底有什么用处呢？现在，我就请W博士来给我们科普一下吧。

在说量子通信之前，我们还是要先了解一下现有的通信手段。原来，从无线电到有线电话、传真，再到现在的手机、互联网，这些通信技术都存在安全隐患。

博士对我说：“诺诺，你不是对第二次世界大战很感兴趣吗？那你一定知道盟军获胜的原因吧！那时军队发的都是电报，就像广播电台发送广播一样，谁都可以‘截获’电报，而且敌人甚至不知道你已经得到了机密文件。为了让电报更安全，各国都有自己的电报密码。美军正是因为得到了日军的密码翻译文件，摸清了日本海军的行踪，这才在太平洋战场上大获全胜。英军也是在成功破译了德军自认为不可破解的‘恩尼格码’密码之后，才吹响了反攻的号角。”

无线电会被窃听，有线电话也不安全。谍战片里经常会有这样的场景，间谍只要把一根电线搭在电话线上，就可以轻易窃听了。至于互联网泄密的事情，大家也一定不陌生。

不知你有没有想过，当你在网上购物，当你用手机通话或收发微信时，所有信息都是在开放的网络上传输的，没有密码技术保护，很容易被黑客截获。据估计，全世界每天的生产总值至少有一半在国际银行金融电讯网络上流动，这样大规模的金融活动如果失去保护，必会引起世界级的灾难！

同时，现代化的军队也比过去更依赖于网络安全。事实上，现在只要能破解密码，就可以在瞬间关闭敌对国的供电、通信、国防武器系统，做到不战而胜，而量子计算机正是可以轻易攻克任何密码的利器！

既然科学家们发明了量子计算机，那么他们肯定也需要研发对抗它的手段，那就是量子加密通信。

我问博士，量子通信听起来就好高深的样子，到底是什么东西呢？博士说，要了解量子通信，就必须先讲量子。量子是构成物质的基本单元，是能量的最基本携带者,不可再分割。量子的奇妙之处就在于它的特性—量子叠加原理和量子纠缠。

什么是量子叠加原理？“这就好比孙悟空的分身术，各个分身能够同时出现在多个地方。”W博士解释道，“在生活中，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，它却可以同时出现在许多地方。”

要知道什么是量子纠缠，你就必须先了解“心灵感应”。比如影片中，女主角突然头痛欲裂，竟然是因为她远在天边的双胞胎妹妹中弹倒地了。你是不是觉得这样的情节只会出现在电影中呢？事实上，这在量子世界里是真实存在的。量子物理实在是太违反常规了，两个纠缠在一起的量子就像有心电感应的双胞胎，不管两者的距离有多远，都能感应并复制对方的情况，爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”。2015年，荷兰科学家证实“远距离瞬间感应”在世界上真的存在。

在了解了量子的这两种特性后，让我们回过头来看一看量子通信吧！

量子通信分为量子保密通信和量子隐形传态。量子保密通信，就好比你想要把一只保险箱运给别人，打开这只保险箱需要两把钥匙（即两个纠缠着的量子）。这只保险箱只能打开一次，如果有人想强行打开，保险箱就会自毁。接着，你把其中一把钥匙先发过去，如果这把钥匙在途中被其他人接触，你手上那把钥匙就会立刻产生感应，大大减少了安全隐患。

量子隐形传态就更牛了，它能把实验室中一个粒子的未知量子态完美地传送到远方的另一个量子上。在旁人看来，就好像是一个粒子瞬间移动到了另一个地方一样！科学家希望这项技术能为将来的人体瞬移打下坚实的基础。

现在，我们知道量子通信有多厉害了。但科学家为什么要发射“墨子号”呢？原来，发射“墨子号”主要有三个目的：第一是用它来进行卫星和地面之间的量子通信；第二是能够通过卫星实现远距离的纠缠光子分发，测试量子纠缠现象，考察量子力学的特性；第三是做量子信息的远距离传送，也就是量子隐形传态。

之所以要做卫星和地面之间的量子通信，是因为量子信号在光纤中的损耗非常大，而通过自由空间（例如大气层）却可以轻松传递，因此需要用卫星作为空间里的中转站。如果我们想让量子通信网络覆盖全球，那就需要20颗量子通信卫星。等到“量子互联网”完全建成后，人们再也不用担心信息泄露了，真希望那一天能早点到来！