先簡單解釋一下什么是量子通訊衛星。
量子通訊衛星是利用量子糾纏原理來實現高效傳輸的一種通信衛星,其特點就是保密通信。傳統的通訊衛星,發射的電磁波大都在微波段,量子衛星主要采用的是可見光(激光)。從地面發生一束激光穿透大氣層,衛星接收到信號并將其轉發通訊,最終地球上另一個接收地點將收到這個光學信號。關鍵在于,這個光學信號是有量子力學特征的,是糾纏的光子態。簡單來說,量子衛星的作用,就是用糾纏光子態給地面上兩個觀測站“配鑰匙”,因為量子力學的特性,這個鑰匙是保密性極強的。這樣,地面兩個觀測點之間通訊就可以用這個“量子秘鑰”,如果一旦發生竊聽通訊,量子秘鑰幾乎不可能解密,通訊的雙方也會立刻知道。
2016年8月,中國科學家發射了世界首顆量子通訊衛星——“墨子號”,經過多次實驗,科學家實現了從衛星到地面的量子秘鑰分發,以及從地面到衛星的量子隱形傳輸。量子隱形傳輸,就是利用量子糾纏的特性,把物質的未知量子態傳送到遠方,并不是傳輸物質本身(不是時空穿越啦)。
可以說,關于空間量子通訊的實驗,目前只是剛剛開始,能否實現真正意義上的遠程量子通訊,還需要很多的實驗,也遠遠不止一顆衛星可以做到。
令中國人值得驕傲的是,世界上第一顆量子通訊衛星是咱們放上天的,隨著后續研究的開展,更多的量子衛星實驗必然也會出現,而且不只是在中國。
為什么外國沒有量子通訊衛星?網上傳言都是說國外覺得量子通訊(甚至包括量子計算)沒有前途,這個說法是不夠準確的。像量子衛星這樣的項目,需要耗費大量的經費,還需要足夠的經驗,還有人手。有點類似高能物理里面的粒子加速器,實際上競爭就是非常殘酷的,全世界類似功能的大型粒子加速器,只能建一個。一旦某個國家的新型粒子加速器立項,那么其他國家正在推進中的類似項目就會停止。典型的例子就是LHC升級和美國超導粒子加速器停擺,后者的加速隧道都已經挖好了,說停也就停了。因為高能物理的實驗數據幾乎是全世界共享的,而且做出重大發現的機遇就那么幾個,一旦別人去做了的事情,咱們自己再做世界第二就毫無意義了。這么說來,中國開始做了量子衛星,其他國家因為種種原因并不能立刻做起來,或者說他們目前不動手做,也是可以理解的。
事實上,美國最近剛剛通過立法,準備啟動十年國家量子計劃,前期投入就達到8億美元。量子通訊和量子計算機,都是這個計劃的一部分,所以,美國人要搞量子衛星,也只是時間上的問題。