先简单解释一下什么是量子通讯卫星。
量子通讯卫星是利用量子纠缠原理来实现高效传输的一种通信卫星,其特点就是保密通信。传统的通讯卫星,发射的电磁波大都在微波段,量子卫星主要采用的是可见光(激光)。从地面发生一束激光穿透大气层,卫星接收到信号并将其转发通讯,最终地球上另一个接收地点将收到这个光学信号。关键在于,这个光学信号是有量子力学特征的,是纠缠的光子态。简单来说,量子卫星的作用,就是用纠缠光子态给地面上两个观测站“配钥匙”,因为量子力学的特性,这个钥匙是保密性极强的。这样,地面两个观测点之间通讯就可以用这个“量子秘钥”,如果一旦发生窃听通讯,量子秘钥几乎不可能解密,通讯的双方也会立刻知道。
2016年8月,中国科学家发射了世界首颗量子通讯卫星——“墨子号”,经过多次实验,科学家实现了从卫星到地面的量子秘钥分发,以及从地面到卫星的量子隐形传输。量子隐形传输,就是利用量子纠缠的特性,把物质的未知量子态传送到远方,并不是传输物质本身(不是时空穿越啦)。
可以说,关于空间量子通讯的实验,目前只是刚刚开始,能否实现真正意义上的远程量子通讯,还需要很多的实验,也远远不止一颗卫星可以做到。
令中国人值得骄傲的是,世界上第一颗量子通讯卫星是咱们放上天的,随着后续研究的开展,更多的量子卫星实验必然也会出现,而且不只是在中国。
为什么外国没有量子通讯卫星?网上传言都是说国外觉得量子通讯(甚至包括量子计算)没有前途,这个说法是不够准确的。像量子卫星这样的项目,需要耗费大量的经费,还需要足够的经验,还有人手。有点类似高能物理里面的粒子加速器,实际上竞争就是非常残酷的,全世界类似功能的大型粒子加速器,只能建一个。一旦某个国家的新型粒子加速器立项,那么其他国家正在推进中的类似项目就会停止。典型的例子就是LHC升级和美国超导粒子加速器停摆,后者的加速隧道都已经挖好了,说停也就停了。因为高能物理的实验数据几乎是全世界共享的,而且做出重大发现的机遇就那么几个,一旦别人去做了的事情,咱们自己再做世界第二就毫无意义了。这么说来,中国开始做了量子卫星,其他国家因为种种原因并不能立刻做起来,或者说他们目前不动手做,也是可以理解的。
事实上,美国最近刚刚通过立法,准备启动十年国家量子计划,前期投入就达到8亿美元。量子通讯和量子计算机,都是这个计划的一部分,所以,美国人要搞量子卫星,也只是时间上的问题。