日前，我国在酒泉卫星发射中心成功将世界首颗量子科学实验卫星发射升空，标志着我国量子信息技术科学研究又迈出重要一步，使中国在国际上率先实现了探索星地量子通信可能性的国家，并将首次在空间尺度验证已有百年历史的量子理论的真实性。那么，这颗名为“墨子”的卫星究竟承载着哪些鲜为人知的“黑科技”呢？
量子通信实现“无条件安全”
若想知道“墨子”卫星上的“黑科技”，我们必须先了解什么是量子通信。讲述量子通信的科学原理，还得从量子力学讲起，这是一个与经典力学差异很大的物理学分支，是迄今为止描述微观世界最准确的理论。
一个物理量如果不能连续变化，只能取一些分立的值，这个量就是量子化的。就好比上台阶，只能上一级台阶，而不能上半级。宏观世界里的物理量似乎都能连续变化，但在微观世界，许多物理量是量子化的，即存在一个最小的单位，不能再往下细分。量子力学描述世界的语言与经典力学有根本区别。经典力学描述一个物体的状态，会给出它的明确位置；量子力学描述一个微观粒子的状态，给出的则是叠加态，没有确定位置。量子叠加原理导致了不可能实现对一个未知量子态的精确复制，这是量子通信达到“无条件安全”的基本科学原理之一。
与经典通信不同，量子通信可以将信息编码，加载到单个光子的量子叠加态的偏振方向上。通过量子态传输，通信双方协商生成量子密钥，再加上对信息进行“一次一密”的加密保护，真正实现信息在传输中的完全随机、不可破译，从根本上解决通信安全问题。
在不远的将来，量子通信将实现大规模应用，而经典通信的硬件设施也不会被取代，只需在原有设施上“锦上添花”，即在通信发送端和接收端安装单光子探测器、量子网关等量子加密设备，就能够在电话、传真、光纤网络等原有通信网络中实现量子通信，使安全性大幅提升。
作为世界首颗量子科学实验卫星发射升空，“墨子”卫星搭载了量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子实验控制与处理机等“黑科技”，具备两套独立的有效载荷指向机构，通过姿控指向系统协同控制，可与地面上相距千公里量级的两处光学站同时建立量子光链路。
在成功发射量子科学实验卫星的基础上，我国未来将建设以4个量子通信地面站和1个空间量子隐形传态实验站为核心的空间量子科学实验系统。“墨子”卫星的成功发射和在轨运行，将有助于我国在量子通信技术实用化整体水平上保持和扩大国际领先地位，实现国家信息安全和信息技术水平跨越式提升，有望推动我国科学家在量子科学前沿领域取得重大突破，对于推动我国空间科学卫星系列可持续发展具有重大意义。
延伸阅读
量子通信在中国
我国量子通信技术目前已基本成熟，不仅占据了国际领先地位，而且一个新兴通信产业正在孕育当中。
作为“天地一体化”的地面设施，量子保密通信“京沪干线”计划今年底建成并验收。“京沪干线”总长2000余公里，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海。利用这一广域光纤量子通信网络，京沪两地的金融、政务等机构能进行保密通信。
面对这一新兴高技术产业，上海张江国家自主创新示范区正在建设量子保密通信上海总控及大数据服务中心、陆家嘴金融量子保密通信应用示范网，同时将试点建设“量子政务云”。量子保密通信应用示范网建成后，将与“京沪干线”和“量子科学实验卫星”互联互通，为金融机构提供高安全等级的数据服务。
量子通信在世界
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。除了我国在紧锣密鼓地部署量子通信之外，其他国家和地区也在积极推进量子信息科学的研究，争夺这一未来高技术发展的制高点。
美国对量子通信的理论和实验研究开始较早，是最先将量子技术列入国家战略、国防和安全研发计划的国家。美国航空航天局计划在其总部与喷气推进实验室之间建立一个直线距离600公里、光纤皮长1000公里左右的通信干线，包含10个骨干节点，并计划拓展到星地量子通信。
欧盟推出了用于发展量子信息技术的“欧洲量子科学技术”计划，以及“欧洲量子信息处理与通信”计划，这是继欧洲核子中心和航天技术采取国际合作之后，又一针对重大科技问题的大规模国际合作。今年4月，欧盟宣布将斥资10亿欧元投入量子技术研究，希望这个项目“将会让欧洲处于第二次量子革命的前沿，未来10年在科学、产业和社会方面带来变革性的进展”。
日本政府提出了以新一代量子通信技术为对象的长期研究战略，并计划在2020年至2030年内，建成绝对安全保密的高速量子通信网，从而实现通信技术应用上质的飞跃。日本国家信息通信技术研究院计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、无条件安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。●采写：南方日报记者 赫鹏翀
