量子卫星通信

崔金泰

    ①2016年8月16日，我国成功发射了世界上第一颗量子卫星——“墨子”号。它的成功发射，把量子实验从地面搬上太空，从而构建一个天地一体化的量子保密通信和科学实验体系，这必将开创安全通信的新时代。

    ②量子卫星之所以能保障通信安全可靠，是因为量子卫星让信息传递者和接受者交换令信息无法被破解的量子秘钥，而这个秘钥利用量子的奇异特性实现的，它是“量子纠缠”。

    ③20世纪80年代初，法国科学家阿兰•阿斯佩首次用实验证实了“量子纠缠”现象的存在。这里所说的量子纠缠，是指在两个处于“纠缠态”的微观粒子中，无论它们相距多么远，若对其中一个的特性进行任何修改，那么就像孙悟空和其分身“心有灵犀”一样，都会立即在另一个粒子上出现反应并做出相应改变。利用这种特性产生的量子密钥，就可以保证任何外人都无法破解通信密码。因为量子密钥一旦被截获或被测试，其状态就会立即发生改变。有人对此用“肥皂泡”作了形象的比喻：               

    ④那么，天地之间是如何进行量子通信的呢？具体来说，先将量子信号从地面发射并穿透大气层，卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一特定卫星，即量子卫星上；量子信号再从量子卫星上穿入大气层到达地球某个角落的指定接收地点。    量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，     在技术上能实现纠缠光子在穿入大气层后仍然保持其纠缠特性，     就可在量子卫星帮助下实现全球化量子通信。

    ⑤“墨子”号量子卫星通过使用信息加密技术，使其可以在相距数千千米的通信者之间分发量子密钥。这颗卫星开始是在北京和乌鲁木齐之间分发量子密钥，然后还计划向奥地利发送量子密钥。它的预定目标是，在两年内利用卫星建立一个可靠、不会被破解的通信网络， 并为建立全球量子通信网络奠定基础。

    ⑥在量子卫星未发射之前，我国多家企业已将量子密钥分发技术投入市场，并在银行之间或政府机构之间建立了这类网络。但是这些光纤网络只能在数十千米的距离内发挥作用， 再远就不行了。因为在地面传输信息时，光子通过空气和光纤时会被分散和吸收，从而对网络的干扰较大。有了量子卫星后，由于光子在太空中传播几乎没有损耗，因而量子卫星开展的量子通信实验距离为1200千米，远远超过了陆地上300千米的最远距离。

    ⑦总之，量子卫星不仅是一种全新的加密通信手段，并将成为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益普遍的电子服务安全基石，成为保障未来信息社会的重要基础之一。