“墨子號”已實現三大科學目標 這顆量子衛星在做什麼？

近期刷爆各大新聞網站的“墨子號”是否讓你眼前一亮？據《光明日報》報道，今年8月，我國科學家利用“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，至此，“墨子號”圓滿實現全部三大既定科學目標。那麼，對於“墨子號”的三大目標你了解多少呢？三大科學目標的意義都是什麼？

據人民網四川頻道報道，“墨子號”的三大目標分別是地星量子隱形傳態、星地高速量子密鑰分發以及今年6月實現的星地量子糾纏分發。就讓我們來一一了解一下吧。

2016年11月28日，在河北興隆觀測站，“墨子號”量子科學實驗衛星過境，科研人員在做實驗（合成照片）。（圖片來源：《合肥晚報》）

量子隱形傳態：量子世界中，“星際穿越”不再是夢想

據央視網報道，量子隱形傳態是一種全新的通信方式。通俗來講，就是將甲地某一粒子的量子態信息在乙地的另一粒子上還原出來，就好像是進行了一場“星際穿越”，但其實粒子本身並未被傳輸。具體來說，《北京晨報》介紹，量子隱形傳態實驗中，被傳輸的是信息而並非實物。例如，把粒子A的未知量子態傳輸給遠處的另一個粒子B，讓B粒子的狀態變成A粒子最初的狀態。注意傳的是狀態而不是粒子，A、B的空間位置都沒有變化，並不是把A粒子傳到遠處。當B獲得這個狀態時，A的狀態也必然改變，任何時刻都隻能有一個粒子處於目標狀態，所以並不能復制狀態，或者說這是一種破壞性的復制。

央視網介紹，“墨子號”實現了人類首次千公裡級的量子隱形傳態，為未來開展空間量子物理學和量子引力實驗檢驗等研究奠定了可靠的技術基礎。

量子密鑰分發：構建不可竊聽和破譯的通信方式

據《科技日報》報道，量子密鑰分發實驗採用衛星發射量子信號、地面接收的方式。“墨子號”過境時，與河北興隆地面光學站建立光鏈路，在1200公裡的通信距離上，星地量子密鑰的傳輸效率比同等距離地面光纖信道高20個數量級（萬億億倍）。衛星上量子誘騙態光源平均每秒發送4000萬個信號光子，一次過軌對接實驗可生成300kbit的安全密鑰，平均成碼率可達1.1kbps。這一重要成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了可靠的技術基礎。

據《合肥晚報》報道，量子密鑰分發通過量子態的傳輸，在遙遠兩地的用戶共享無條件安全的密鑰，並利用該密鑰對信息進行一次一密的嚴格加密，這是目前人類唯一已知的不可竊聽、不可破譯的無條件安全的通信方式。這一重要成果為構建覆蓋全球的量子保密通信網絡奠定了可靠的技術基礎。

星地量子糾纏分發：一種“心靈感應”似的神秘關聯

據《經濟日報》報道，簡單來說，量子糾纏是指兩個（或多個）粒子共同組成的量子狀態。處在糾纏態的粒子，無論相隔多遠，當對其中一個粒子進行操作或測量，身處遠方的其他粒子會瞬時發生相應的改變。這種“心靈感應”似的神秘關聯，便是神奇的“量子糾纏”現象，也稱量子力學非定域性。而“墨子號”衛星實現了世界上第一次實現千公裡量級的量子糾纏，將量子通信實用化進程向前推進了一大步。（張茜）

本文由中國航天科技集團一院火箭設計師錢航進行科學性把關。