大兵老师的神奇小屋

王依兵

期末考试刚结束，壮壮、小菲和小天就结伴走向实验楼一层的神奇小屋。小菲边走边问：“你们俩考得怎么样？”小天说：“我觉得还好，就是数学最后一道题没做出来。”壮壮附和道：“是啊，那道题好难，我也没有找到思路。”小菲得意地说：“看来只有我会做啊！”

这时，神奇小屋的门上依稀出现了一个图形。三人凑近一看大吃一惊。“这不就是我没做出来的那道数学题吗？”小天喊道。壮壮对小菲说：“只有你做出来了，你去回答吧。”

小菲不慌不忙地说：“这个问题只要我给你们一些提示，就会变得简单很多。你们先回忆一下三角形的面积是怎么计算的吧。”

小天自信地说：“那简单，不就是底乘以高再除以2嘛。”

壮壮说：“那这两个三角形的面积还是不能直接算出来啊。”

壮壮和小天又盯着这个图像看了很久。壮壮摇摇头说：“不行，还是没想出来。”小天也叹了口气说：“你直接说答案吧，我们不能一直在门口干瞪眼啊，回家以后再想吧。”

小菲无奈地说：“好吧，你们留着慢慢想吧。答案是36！”

小菲话音刚落，神奇小屋的门“哐”地一下就打开了。

一进门小天就嚷起来：“大兵老师，太敷衍了，您也太敷衍了！把我们的考试题拿来当成进门的密码！”

大兵老师说：“这是你们数学老师送上门的，他说这学期的最后一道题有点儿难度，不少同学都没答出来，我正好看看你们会不会……”

壮壮说：“啊！原来您是想捡现成的啊？就像我们俩是跟着小菲混进来的一样。”

小天也附和道：“是呢是呢，我猜啊，您也没答出来，想让我们给您算出答案。”

大兵老师讪讪一笑，忙转移话题道：“你们知道墨子吗？”

壮壮抢答说：“我知道，墨子是我国春秋战国时期的思想家、教育家、科学家。他提倡‘兼爱’‘非攻’，创立了墨家学说。”

大兵老师点点头，说：“很好。那么你们知道墨子号卫星吗？”

三位同学互相看了看，都摇了摇头。

大兵老师说：“墨子号是我国发射的世界上第一颗量子科学实验卫星。你们看，这是2016年8月16日，墨子号在酒泉卫星发射中心发射升空的样子。”神奇小屋的墙壁上浮现出火箭发射的场景。

“太壮观了！”小天感叹道。

小菲提问道：“这个量子科学实验卫星是做什么用的啊？”

大兵老师回答：“墨子号主要是用来完成量子通信技术的实验。”

小菲问：“量子通信是什么意思啊？”

大兵老师说：“这就要从量子纠缠讲起了。量子力学认为，两个处于量子纠缠态的粒子无论相隔多远，只要改变其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态就会瞬间发生相应的变化。说得通俗一点儿，就好像是存在‘心灵感应’一样。而且这种变化是瞬间完成的，非常神奇。”

壮壮问：“那这和通信又有什么关系呢？”

大兵老师从兜里拿出一对文玩核桃说：“如果我们假设这两个核桃是一对处在纠缠态的量子。现在我手里有一个，另一个发给你。”说着大兵老师把核桃扔给了壮壮：“然后，只要改变我手里这个‘量子’的状态，你手里的‘量子’也会跟着变。如果我把每个状态定义为一个密码，就可以通过不断改变量子状态发送信息，你那边就能接受一连串的信号，可以反向解读出我发送的信息——这样就完成了一次量子通信。”

壮壮点点头说：“哦，原理是这样啊！”

小天凑过来看了看壮壮手里的核桃说：“老师，您还玩这个啊，都盘包浆了……”

大兵老师赶紧收回核桃接着说：“墨子号的主要实验有三个，量子秘钥分发、量子纠缠分发和量子隐形传态实验。”

小天挠挠头问：“这都是啥意思啊？”

大兵老师说：“这个有点儿复杂，我简单说一下吧。所谓量子秘钥分发，就是从卫星分别发送单光子束给地面上两个距离遥远的基站，使得地面的两个基站可以通过卫星传递信息。量子纠缠分发就是在卫星上产生一组纠缠态的量子，然后把它们分别发送给地面上两个距离遥远的基站。这样地面上的两个基站就可以利用量子纠缠效应直接建立通信了。在2017年6月16日，墨子号成功实现了将两个量子纠缠的光子分别发送到地面距离1000多千米的基站。量子是个广义的概念，包含多种粒子。墨子号里使用的是光子。2018年1月，墨子号实现了向中国和奥地利相距7600千米的两地进行秘钥分发，并利用共享密钥实现了加密数据传输和视频通信。”

壮壮说：“这太了不起了！不过，那个量子隐形传态是什么啊？”

大兵老师回答：“简单地说就是先制备出两个处于纠缠状态的光子——A和B，让A处于地面，B处于卫星上，然后我们用第三个光子C去与地面上的A发生纠缠，这时，A和B之间的纠缠状态就会被破坏，但卫星上的光子B却可以反映第三个光子C的状态，就如同把第三个光子C的状态传递到了卫星上一样。”

小天垂头道：“好难啊，听起来有点儿晕……”

大兵老师说：“没关系，现在你们还没有足够的知识储备，以后会懂的。目前，墨子号已经实现了世界上首次从地面到卫星的隐形传态。”

小菲问：“老师，我听说量子通信是不会被窃听的通信方式，这是为什么呢？”

大兵老师回答：“这是因为量子的状态一旦被测量，就会被改变，而且光子有不同的偏振态，就算被窃听了，第三方也不知道传输者约定采用的偏振方式，也就无法解读出有用的信息了。大家一时听不懂也没关系，只需要知道量子通信是目前最安全的一种通信方式就可以了。而且，它独特的超越时空的方式可以为原本难以建立通信的边远地区提供一种新的通信方式。”

壮壮说：“我真想试一试啊，我们什么时候才能用上量子通信啊？”

大兵老师说：“量子通信正在逐渐从理论走向实践，但目前离普及应用还有很长的路要走。要解决一系列的技术难题，降低成本，建立相应的通信标准，建設支撑量子通信的基础设施等。也许在未来的某一天，你们就会用上量子通信的手机了呢。”