“墨子号”已实现三大科学目标 这颗量子卫星在做什么？

近期刷爆各大新闻网站的“墨子号”是否让你眼前一亮？据《光明日报》报道，今年8月，我国科学家利用“墨子号”量子科学实验卫星，在国际上首次成功实现了从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态，至此，“墨子号”圆满实现全部三大既定科学目标。那么，对于“墨子号”的三大目标你了解多少呢？三大科学目标的意义都是什么？

据人民网四川频道报道，“墨子号”的三大目标分别是地星量子隐形传态、星地高速量子密钥分发以及今年6月实现的星地量子纠缠分发。就让我们来一一了解一下吧。

2016年11月28日，在河北兴隆观测站，“墨子号”量子科学实验卫星过境，科研人员在做实验（合成照片）。（图片来源：《合肥晚报》）

量子隐形传态：量子世界中，“星际穿越”不再是梦想

据央视网报道，量子隐形传态是一种全新的通信方式。通俗来讲，就是将甲地某一粒子的量子态信息在乙地的另一粒子上还原出来，就好像是进行了一场“星际穿越”，但其实粒子本身并未被传输。具体来说，《北京晨报》介绍，量子隐形传态实验中，被传输的是信息而并非实物。例如，把粒子A的未知量子态传输给远处的另一个粒子B，让B粒子的状态变成A粒子最初的状态。注意传的是状态而不是粒子，A、B的空间位置都没有变化，并不是把A粒子传到远处。当B获得这个状态时，A的状态也必然改变，任何时刻都只能有一个粒子处于目标状态，所以并不能复制状态，或者说这是一种破坏性的复制。

央视网介绍，“墨子号”实现了人类首次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。

量子密钥分发：构建不可窃听和破译的通信方式

据《科技日报》报道，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”过境时，与河北兴隆地面光学站建立光链路，在1200公里的通信距离上，星地量子密钥的传输效率比同等距离地面光纤信道高20个数量级（万亿亿倍）。卫星上量子诱骗态光源平均每秒发送4000万个信号光子，一次过轨对接实验可生成300kbit的安全密钥，平均成码率可达1.1kbps。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。

据《合肥晚报》报道，量子密钥分发通过量子态的传输，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，这是目前人类唯一已知的不可窃听、不可破译的无条件安全的通信方式。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。

星地量子纠缠分发：一种“心灵感应”似的神秘关联

据《经济日报》报道，简单来说，量子纠缠是指两个（或多个）粒子共同组成的量子状态。处在纠缠态的粒子，无论相隔多远，当对其中一个粒子进行操作或测量，身处远方的其他粒子会瞬时发生相应的改变。这种“心灵感应”似的神秘关联，便是神奇的“量子纠缠”现象，也称量子力学非定域性。而“墨子号”卫星实现了世界上第一次实现千公里量级的量子纠缠，将量子通信实用化进程向前推进了一大步。（张茜）

本文由中国航天科技集团一院火箭设计师钱航进行科学性把关。