更多公众号：xitanzixun石墨烯及碳材料的前沿动态与新闻最新文章相关推荐搜狗：感谢您阅读【探秘】量子卫星都上天了，石墨烯“量子点”你们知道吗？，本文可能来自网络，如果侵犯了您的相关权益，请联系管理员。QQ:　　如题。　　前段时间朋友圈有人发帖说量子技术是新的水变油大忽悠。因本人不懂量子技术，不知如何反驳，我想事实胜于雄辩，哪位大神知道一些情况的话，能否发上来共享一下？
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　　今天下午，微博认证为中国科学院高能物理研究所研究员曹俊的网友@曹俊IHEP 发布了这样一条微博：墨子号量子卫星和地面兴隆站进行的通信试验，红光为地面发射，绿光为墨子号发射 （感谢韩越阳提供照片）。　　　　　　　　　　微博说明为“ 现任中科院量子信息卓越创新中心副研究员”的网友@九维空间Sturman 解释说，照片中的两束光是信标光，对准卫星的地面两个望远镜做高速跟瞄用的，不是用来做量子通信实验的光(通信用单光子人们的肉眼也看不到)。绿色532纳米从星到地，红色810纳米从地到天。　　他说，卫星和地面站各有一个望远镜来收和发量子通信的单光子，所以需要旁边用信标激光来瞄准。　　至于为什么照片有红绿光的效果，@曹俊IHEP 补充说，曝光200秒，所以看到一条线。
　　@九维空间Sturman 还透露，25日，兴隆站和量子卫星成功激光光束对接，26日晚，阿里站和量子卫星成功激光光束对接。这种对接有多难：500km的轨道高度，第一宇宙速度，200mm口径的望远镜，难度相当于你站在五十公里以外把一枚一角硬币准确地扔进一列全速行驶的高铁上的一个矿泉水瓶里！　　据量子科学实验卫星首席科学家潘建伟此前介绍，“墨子号”承担着发射和传输光信号的重要任务，要想保证距离地球表面数百公里的光信号能够顺利被地面光学天线接收，难度就好比是“针尖对麦芒”一样。　　他解释说，由于卫星发射的光信号是极其微弱的单光子级别，在由空间向地面传输的过程中会受到许多因素的干扰，比如星光、灯光等都将成为干扰信号传输的背景噪声。此外，卫星的运动速度很快，地面的光学天线必须时刻紧跟卫星的“节奏”才有可能实现信号的准确接收。所以，在“墨子号”量子通信卫星的设计过程中，不仅要克服各种噪声的干扰保证信号源的稳定，同时还要实现与地面光学天线的准确对接。尽管是如同“针尖对麦芒”般苛刻的实验条件，但是在我国科学家的不懈努力下，如此不可思议的技术难题也依然得到了解决。
　　报道说接收了一些数据　　
　　810纳米都能看得见？
　　我知道，保密规定我不能说，各位谅解。　　请各位知情者也不要说，套情报的太多了，听说美国就差临门一脚，谁泄密谁负责。
　　谢谢各位回复。
　　同意五楼意见，具体情况不可详说，以免泄密。
　　本来就是实验卫星，还处在实验阶段　　
　　其实我更在乎的是量子计算机……
　　楼主，我操你妹的逼
　　@AHTANBZ
20:54:37　　同意五楼意见，具体情况不可详说，以免泄密。　　-----------------------------　　楼主，我知道具体的秘密，但是我不告诉你！气死你。
　　都不要说
谁说死全家
男的被一万斤钢铁砸死
女的杀我奸尸
　　@隔壁老王的徒弟啊
21:29　　楼主，我操你妹的逼　　-----------------------------　　我妹就是你妈，连舅爷都不认识了，外甥。
　　楼主，我操你姥姥的嘴
　　已经坠毁
请遵守言论规则，不得违反国家法律法规回复(Ctrl+Enter)现场就餐的市民挤爆大门，场面极为混乱。
老人以拿钱给儿子为由，要儿子回家详谈养老。
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　　好了，大家应该在今天凌晨都知道我国研发的全球首颗量子卫星“墨子号”顺利升空。小编就不多花笔墨来形容此次发射在科学史上的壮举了。量子通讯是一项长久以来一直被寄予厚望的未来技术，其核心是量子密码学，基于量子的量子密钥分发系统拥有严格被数学所证明的“无条件安全性”，因此量子通讯拥有极高、不可被破解的信息传输安全性。今天小编就来给大家科普一下，何为量子通讯。
　　量子通讯的可行性――量子叠加态与量子纠缠
　　想必大家都听说过量子力学。量子，是指一个不可分割的基本个体，任何有形的性质都可以“量子化”。这个听起来就比较深奥了，不过大家也都听说过薛定谔的猫吧，这一思想实验诠释了经典的量子叠加态性质，即量子状态可以是多种量子态的任意一种，具备叠加效应，这应该也是最为大众所熟知的量子力学知识了。
　　量子通讯需要使用到量子的纠缠效应。所谓量子纠缠，是指两个经过耦合的微观粒子,当一个粒子的状态发生变化时，另一个也会立即发生相应的变化。这种变化是“瞬时”的，也就是说，量子纠缠的作用速度比光速还快。
　　正是因为量子的这两种特性，叠加态与纠缠态，使量子通讯具备了防窃听的功能。
　　量子通讯的作用――传递密钥
　　那么量子的这种特性如何在量子通讯中得到利用呢？解释这个问题之前先跟大家讲述下传统加密的原理。大家都知道加密是需要密钥的，只有输入正确的密钥时，才能进行解密。这个密钥由发送方与接收方共有，一旦泄露或遭到破解，加密便毫无意义。
　　历史上有名的密码破解，最为人熟知的就是艾伦&图灵破解德国密码系统，其实就是破解了加密用的密钥，为二战胜利做出了贡献。在二战后期，日军的密码本以及德国的加密机相继被缴获，也使轴心国的行动暴露在同盟国的监视之下。于是人们在想，有没有什么更安全的加密方式，密钥既难以泄露，又很难被破解呢。
　　发现量子力学后，科学家们便看到了一种可能性。众所周知任何对量子的测量都会改变量子的状态，而且量子还有不可复制的特性。因此通过上面提到的量子叠加态以及量子纠缠，可以检测是否有第三者窃听并试图测量量子，这不就确保了量子通讯的安全性了吗。
　　量子通讯的核心――量子密钥分发
　　接下来就是量子通讯的核心部分，量子密钥分发系统了。它是如何发挥作用的呢？首先你要知道量子密钥分发系统传输的只是密钥，而不是内容。密钥的传输与分析过程非常复杂，引入了多重随机性来确保密钥的不可破解。这里以研究最广泛的BB84协议为例，这种方法由查理斯&贝内特与吉勒&布拉萨于1984年首创。
　　BB84协议使用了光子的偏振态来传输消息。首先，发送方随机生成一串比特，然后再随机使用光子偏振的两个直线基“+”与“&”对这些比特做一一映射，比如+与0对应时就生成↑，&与1对应时就生成K。发送方自己制定规则两两对应，于是有了四种光子的偏振态，如下表。
　　制定好光子偏振后，发送方就可以将这些光子通过量子信道发送给接收方，接收方也随机使用直线基“+”与“&”对这些光子做一一测量。由于是随机采用，所以接收方使用的直线基与发送方使用的直线基有50%的概率会不同，这里存在一个随机性。
　　而且由于量子力学存在一个性质，非正交的状态间无法通过测量被彻底分辨，所以接收方测量时一定会产生误差。如果用“+”去测量↑或→，因为互相正交，所以可以获得正确的结果。但如果用“&”去测量↑或→，有50%的概率会获得J，50%的概率会获得K，就是因为两者不互相正交导致结果出现错误，这又是一个随机性。不过量子加密就是要出现错误才好，马上就会讲到。
　　接收方在测量完毕后，需要按照发送方之前制定的映射表，将光子偏振态再还原为比特。因为存在多重随机性，所以最终获得的比特串与发送方原先生成的比特串是一定不相同的。看到这里你也许会发现，如此复杂的机制就是为了产生大量的随机性，制造结果的不确定性，这就是量子密钥分发的本质。它不追求准确，而故意引入随机性。而正因为随机，所以安全。
　　在完成上述过程后，发送方与接收方会利用传统通讯渠道进行一次沟通，双方对比下各自使用了哪些直线基，然后剔除掉那些使用了不同直线基的结果，最后留下的、共有的比特数据就是密钥。这一过程不必担心被窃听，因为窃听了也没什么用。整个密钥的生成过程如下：（Alice为发送方，Bob为接收方）
　　那么如果有人中途拦截发送方发送的量子信息该怎么办？下面这部分就有点烧脑了，各位看官可能要细细琢磨下。
　　因为发送方发送的光子，已经是经过耦合的粒子，所以存在量子纠缠态。当接收方去测量光子偏振态时，基于测量就会改变量子状态以及量子不可复制的定理，发送方手上粒子的量子状态也会随之改变。但这并不影响，因为随后双方沟通时会消除这一影响。
　　然而当有第三方试图去截获、测量量子信息时，就会引发额外的量子状态改变。如果第三方使用与发送方相同的直线基，则因为保持正交而不会改变结果。但因为概率问题，第三方使用的直线基一定会与发送方不同，于是就会改变光子的偏振态。那么接收方收到的量子信息从一开始就是错误的，在双方沟通阶段就会发现对不上。因为双方互相利用对方的直线基测量出来的偏振态会出现极大的差异，明明应该是相同的地方，却不相同，这时就会意识到存在第三方窃听，会决定舍弃这一量子信道，再进行一次传输。
　　以上是基于测量的量子密钥分发系统，还有基于量子纠缠态的方式。比如先让发送方与接收方各自持有纠缠量子对中的一个，发送方选择基&+&和&&&来测量，之后告诉接收方他的测量结果。接收方可以通过发送方的结果推断出自己的光子目前处于什么状态，从而达到从发送方处接收到一个量子状态的效果。
　　我国这颗量子卫星之所以引发广泛的关注，正是因为使这种量子密钥分发与量子纠缠的空域研究成为可能。目前在地面上，已经成功实现验证了量子密钥分发与量子纠缠的可能性。而通过发射量子卫星，开启了人类向太空量子通讯的挑战，我国正处于这项研究的前沿领域。未来如果能建成覆盖全球的量子卫星网络，信息传输的安全性将大为提升，这是一件让人感到激动的事。
　　（墨子号卫星）
　　PS：之所以取名为“墨子号”，是因为墨子在历史上利用小孔成像，发现了光沿直线传播的特性。
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　　北京时间 8 月 16 日下午 1 时 40 分，中国科学院国家空间科学中心研制的“墨子号”卫星，在中国的酒泉卫星发射中心成功发射升空并进入预定轨道。“墨子号”是一颗量子卫星，也是世界上第一颗量子卫星。
　　我们听说过气象卫星、天文卫星、通讯卫星、导航卫星，军事用途卫星甚至搭载武器的“杀手”卫星――恐怕大多数人都没听说过“量子卫星”是个什么玩意儿……
　　量子卫星是什么？能做什么？怎么做？
　　墨子号应该可以算作通讯卫星当中的一种。只是，和传统的通讯卫星直接传递信息不同， 墨子号的工作不是传递信息本身，而是分配“密钥”――解码加密信息的“钥匙”。
　　这把密钥的加密性能，比历史上人类使用过的所有密码本、阿兰&图灵造计算机想要破译的 Enigma 密码、Touch-ID， “两步验证”甚至 PGP 系统还要高，可以说不在一个级别上。
　　以往的密码/密钥，要么是固定的，要么非固定但按照一定的逻辑变化，从而有迹可循，让人们可以使用计算机技术或通过社会工程学来破译。量子密码的安全型提到了前所未有的新高度，几乎无法破解。
　　它利用了量子科学无比浪漫的基本原理：
　　两颗纠缠的光子被拆散之后，无论相距多远总会心灵感应，一个形态发生变化，另一个会像镜子一样同步变化。
　　光子组成了密钥，墨子号就是向地面发射光子的卫星――一颗量子密钥分发卫星。
　　墨子号随长征-2D 运载火箭升空，卫星将进入 500 千米太阳同步轨道。
　　举个例子，打仗，A 地长官向 B 地前线部队发送军令。墨子号可以将许多组每组两颗纠缠态光子拆开，发射给 A 和 B 两地。当 A 地“观测”这些光子，就像用手去触摸了它们一样，会让这些光子发生形态变化。同时，发射到 B 地的光子也会产生一模一样变化。把这些光子的形态，按照固定顺序记录下来，就变成了一组密钥。A 地按照这个密钥加密发送的信息，B 地手里已经拿到了解码的密钥，能够顺利解密信息。
　　怎么保证信息不被第三方破译呢？需要用到量子科学的两条基本特性：“量子态不可克隆”原理，和“海格堡测不准”原理。
　　不可克隆：世界上就算有长相一模一样的人，也绝对没有第三颗一模一样的光子。只有 A 和 B 知晓目标光子的状态，世界上也没有能够完美克隆目标光子状态的机器。不完美克隆是可以的――然而并没有什么用，因为复原出来的密钥早已千差万别。
　　测不准：A 摸了光子，改变了光子的状态并记录下来。谁要是再摸，有很大可能状态又变了。理论上，如果第三方想要截取密钥，必须先截获光子，再去观测它，结果光子就变化了。结果 B 要么没收到光子，要么收到光子摸完去跟 A 校验，发现怎么不一样啊，就明白了，咱们被人监听了。这其实没关系，两边一对发现密钥失守，这条军令大不了咱们不发了，请墨子号给咱们再发一个新密钥吧，确认没问题再传递信息。
　　就算有人能一直截获光子，充其量也是掌握了保险箱的钥匙而已――箱子里可以什么东西都没有嘛。
　　上面是对太空量子加密通讯的一个非常粗浅的解释，在专业人士看来不一定完全准确，但应该足够让你明白墨子号是干什么，怎么干的。
　　但这一切仍是个理论可行，还未在真实世界里验证过的尖端设想。
　　墨子号的意义
　　陆地上的量子通讯，倒是已经得到了验证。
　　包括中国和美国在内的一些国家，早就建立了陆基的量子通讯线路，也就是发射、传输和接收全都在陆地上，通过光纤传输。在中国，“京沪保密线”（北京-济南-合肥-上海量子通讯干线）已经落成，使用了中国量子科学泰斗人物，中科大潘建伟教授研发的中继器，能够顺利将光子传送数百公里的距离。
　　潘建伟教授
　　然而，光纤并非一种良好的光子传播介质。实验室里最好的光纤能承载带宽高达数十 Tbps 的光信号，也能让你在中国的家里用 4k 清晰度观看几秒前里约奥运赛场上的画面，却无法在量子通讯的范畴里完好无损地传播一个光子。效果已经买过了量子加密最低的门槛，但还不够好――你可以理解为，就算导电性能最好的导体也会自带电阻。
　　事实上，光纤不完美，地面空气也不完美。这让不完美不成活的量子科学家们很是苦恼：视野必须转向太空！
　　奥地利量子科学家，维也纳大学教授安东&蔡林格（Anton Zeilinger），在量子科学领域比潘建伟教授资历更高，也是潘的导师。他早在 2001 年跟欧洲航天局（ESA）提出要搞量子卫星，遗憾的是经费一直批下不来。
　　后来中国方面提出并确定了量子卫星计划，蔡林格博士现在同潘建伟教授一起在“墨子号”项目组工作。
　　最近 ESA 转过神来，决定把自己不输给中国的技术利用起来，也搞一颗量子卫星发到太空里。知乎用户“宋祁朋”介绍，在前面提到的量子通讯具体实现技术上，中欧（主要是法国）之间是两种不同技术并行发展。很难说谁更厉害，但合作起来肯定是棒棒的。
　　墨子号是科学家的第一次机会，能够去验证前面说的那一大段复杂而又酷炫的技术，究竟只是说说，还是真的能用。更别提卫星发上去了，机器能不能正常运转仍有待“观测”――当然，科学家负责最坏的打算，我们负责最好的期待。
　　如果太空量子通信真的实现了，我们能用它做些什么？
　　在最近的未来，如果量子加密通信能够为我们所用，可以用它来更安全地发送信息。只有信息的两端知道信息的内容，服务器端无法获知也无法保存内容，Telegram、PGP 之类的也许可以下岗了。
　　进一万步，如果能直接将光子作为信息本身的传递工具，信息也就没有“传递”一说了，而是是跨越时、空，直接呈现出来，真正的 real time~（还记得《三体》里的“智子”么？）
　　量子通信就是这样的酷炫，但其根本原理仍超过人类认知能力和理解范围。两个纠缠的光子凭什么总能保持相同的状态？一个变了另一个又是怎样知道的？如果人类能够在实现量子加密、量子信息通讯的同时或之后，得到这些问题的答案，距离宇宙终极原理就又近了一步。
　　不到那时，谁又知道它对人类来说，真正意味着什么呢？
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