量子衛(wèi)星開啟人類保密通信新紀(jì)元

2016年8月16日，中國研發(fā)的世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空。它將有望實現(xiàn)全球化量子保密通信，這也是中國科技開始引領(lǐng)世界的一個象征。什么是量子衛(wèi)星呢？它又將如何引領(lǐng)人類的發(fā)展呢？小編帶你一探究竟。

量子通信，獨步天下

量子衛(wèi)星是什么？簡單地說，量子衛(wèi)星是一顆通信衛(wèi)星。不過，量子衛(wèi)星可不是一顆簡單的通信衛(wèi)星，因為它在信息傳播的過程中，傳播速度不僅高效，而且還有一項獨步天下的本領(lǐng)——量子通信！量子通信的最大特點就是所有的數(shù)據(jù)和信號傳輸都是絕對保密的，再也不必?fù)?dān)心信息被竊取。

保密不簡單

要想做到信息的保密，可不是一件簡單的事情。

公元前405年，雅典和斯巴達(dá)之間的伯羅奔尼撒戰(zhàn)爭末期，斯巴達(dá)軍隊抓住了一名雅典信使，他身上有一條寫滿雜亂無章的希臘字母的腰帶。當(dāng)這條腰帶呈螺旋形纏繞在一根特定直徑的木棍上時，這些字母竟然神奇地組成了一段可讀的文字。這便是世界上最早的密碼情報。

兩千多年來，密碼成為人們保護(hù)信息的主要手段。最初的木棍，也經(jīng)歷了人工加密、機器編碼、計算機編碼等技術(shù)的升級換代。然而，既然有人創(chuàng)造出密碼，就有人挖空心思地想要破解密碼。

二戰(zhàn)時期，日本海軍各個單位都用同一套密碼本，其中的密碼都是規(guī)定死的。一旦敵方繳獲了密碼本，或者破解了部分密碼，就會獲取大量軍事機密。結(jié)果，美軍破解了密碼，摸清了日本海軍總司令山本五十六的行蹤。

德軍倒是聰明很多。他們設(shè)計了一種機器，在運轉(zhuǎn)的時候會產(chǎn)生成千上萬種新的密碼，叫做謎機。但是敵方繳獲謎機后，也可以制造專門破解謎機的機器。所以，英軍破解了謎機，加速了納粹德國的滅亡。

現(xiàn)代的銀行交易和網(wǎng)絡(luò)支付都使用一種叫RSA的加密算法。假如將來有人發(fā)明了量子計算機，就完全有可能破解這種算法，到時候可就麻煩了。人們迫切地需要一種絕對安全的保密系統(tǒng)。這時候，量子通信應(yīng)運而生。

具有心靈感應(yīng)的“量子雙胞胎”

傳統(tǒng)的密碼可以被破解，那量子通信就不會被破解嗎？這就要說說量子科學(xué)了。

量子，是微觀物理世界中的最小單位。聽起來很神秘，它卻無時無刻不在我們身邊，比如常見的光，就是由大量的光量子組成的。在物理學(xué)中常用到量子的概念，指一個不可分割的基本個體，例如“光的量子”（光子）是光的單位。

量子通信的基本原理是：兩顆糾纏的光子被拆散之后，無論相距多遠(yuǎn)總會有“心靈感應(yīng)”，一個形態(tài)發(fā)生變化，另一個會像鏡子一樣同步變化，這個現(xiàn)象叫做量子糾纏效應(yīng)。

量子糾纏效應(yīng)，聽起來很復(fù)雜是不是？小編也是看了很多資料才慢慢理解這些詞語的。為了方便同學(xué)們理解，我們可以想象這么一個場景：A想把信息傳遞給B，可是，C總是對他們之間傳遞的信息很感興趣，于是會在A、B傳遞信息的時候想辦法看到他們的信件，甚至?xí)鄹乃麄兊男偶?。A、B不想讓信件被C看到，于是，想辦法加密碼。可是，密碼再保密，C也總能想到解密的方法，只是解密的時間長短問題。A、B對此非?？鄲馈，F(xiàn)在，量子衛(wèi)星產(chǎn)生的特殊的量子保密鑰匙（簡稱密鑰）就起到了作用。

密鑰是成對出現(xiàn)的，一對密鑰就像一對有著心靈感應(yīng)的雙胞胎一樣，其中一把密鑰發(fā)生了變化，另一個也跟著做相應(yīng)的變化?？茖W(xué)家把這種感應(yīng)叫做“糾纏效應(yīng)”。A想把信息傳遞給B，于是量子衛(wèi)星就先把雙胞胎密鑰甲、乙先分別送到A和B家。A先把想傳輸?shù)男畔⑽募妹荑€甲加密，然后把文件傳給B。如果在傳輸?shù)倪^程中C截獲了這些信息文件，在沒密鑰甲和密鑰乙的情況下，C是無法打開信息文件的。如果C想強行打開文件，文件會瞬間自毀，并且通知A和B信息泄漏。如果C想去偷密鑰甲，在他碰到密鑰甲的一瞬間，密鑰甲就會發(fā)生形變。

B接到文件信息后，再通過常規(guī)通信方式聯(lián)系A(chǔ)，對比密鑰甲和密鑰乙的形狀。如果甲乙的形狀一樣，就說明信息是安全的。這時候，B就可以通過密鑰乙來打開文件啦。密鑰甲和密鑰乙每傳完一次文件后，就會相互發(fā)生一次變化。這樣， A、B之間的交流再也不用擔(dān)心被C偷看到了。

當(dāng)然，太空量子加密通訊要比這復(fù)雜得多。同學(xué)們通過上面這個場景了解一下量子衛(wèi)星大致是如何工作的就可以了。

量子通信的應(yīng)用前景

科學(xué)家預(yù)計，作為保障未來信息社會通信安全的關(guān)鍵技術(shù)，未來10年內(nèi)，量子保密通信有望走向大規(guī)模應(yīng)用，在電子政務(wù)、電子商務(wù)、電子醫(yī)療、國防軍事、生物特征傳輸和智能傳輸系統(tǒng)等各領(lǐng)域大顯身手。

按照計劃，2020年實現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā)，2030年建成全球化量子通信網(wǎng)絡(luò)。相信用不了多久，人們就將徹底告別信息泄漏了。

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量子衛(wèi)星為何以“墨子”命名？

墨子，名翟（dí），東周春秋末期戰(zhàn)國初期宋國人。他是墨家學(xué)派的創(chuàng)始人，也是戰(zhàn)國時期著名的思想家、教育家、科學(xué)家、軍事家。

墨家在先秦時期影響很大，與儒家并稱“顯學(xué)”。墨子提出了“兼愛”“非攻”“尚賢”“尚同”“天志”“明鬼”“非命”“非樂”“節(jié)葬”“節(jié)用”等觀點，并在戰(zhàn)國時期創(chuàng)立了以幾何學(xué)、物理學(xué)、光學(xué)為突出成就的一整套科學(xué)理論。在那個百家爭鳴的時代，有“非儒即墨”之稱。

墨子最早提出光線沿直線傳播，設(shè)計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎(chǔ)，所以我國第一顆量子衛(wèi)星以“墨子”命名。

量子力學(xué)的兩個應(yīng)用

量子力學(xué)的主要應(yīng)用有兩方面：一是量子通信；二是量子計算。目前谷歌、IBM已經(jīng)在量子計算機領(lǐng)域展開研究。而在量子通信領(lǐng)域，與其他許多先進(jìn)的前沿科技領(lǐng)域相比，中國已經(jīng)處在全球領(lǐng)先地位。