“墨子号”的四大实验任务。    新华社 发

　　全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”在两年的设计寿命中，将完成四大任务：星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验。

　　到底量子是什么？它们怎么纠缠？“墨子号”做的一系列量子科学实验，对将来人类的生活会有什么影响？

　　这些深奥的科学问题到底能不能翻译成白话文？能，而且还很好玩。

　　让我们打个包，针对这些既有利于吹牛又显档次而且还对提高生活品质有帮助的问题，请来量子科学实验卫星工程首席科学家潘建伟、量子科学实验卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇等科学家和工程师们，作浅显有趣的解读。

　　Q：量子在哪儿呢

　　量子是一个能量的最小单位，所有的微观粒子包括分子、原子、电子、光子，它们都是量子的一种表现形态。

　　这个世界本身都是由微观粒子组成的。所以某种意义上讲，我们这个世界就是由量子组成的。

　　人类可都是24K纯量子产品呢，“噗”，大家呼一口气，那就是上万亿量子的进出。

　　量子科技也非常接地气。到本世纪初，在人们的周围随处可见直接或间接运用量子理论的技术和装置：从常见的CD唱片机到庞大的现代光纤通信系统，从无水涂料到激光制动车闸，从医院的磁共振成像仪到隧道扫描显微镜……量子技术已经渗透到人们的生活中。

　　Q：量子之间怎么纠缠

　　纠缠，是“墨子号”实验卫星的一个关键词。“墨子号”上有一个量子纠缠源，能产生成对的纠缠光子。它旁边有量子纠缠发射机，能把成对的纠缠光子同时、分别发射到地面的台站。

　　量子之间的纠缠，比我们人类文艺、奇幻得多了。

　　经过纠缠处理的一对量子，就像双胞胎一样心灵感应——好比两颗骰子，无论相距多远，掷出来的结果始终是一样的。

　　量子像孙悟空，因为它也有分身术。但是跟孙悟空的分身术不一样的地方在于，在量子的世界里，量子的分身术不能被人看到，一旦有人去看它，它的分身就会随机地消失，而最后只留下一个。

　　以人来举例。小宋和小马纠缠在一起，他们每个人都有两个分身分别在北京和上海。

　　如果有人对小宋和小马的之间的来往进行了测量，那么小宋在上海的分身就消失了，而小马的上海分身也必定会消失，是同步的。这就是量子纠缠。

　　Q：“墨子号”天地实验有多难

　　天地一体化联通，对系统有许多考验。

　　首先，卫星在对地500公里的轨道上高速飞行，发出一束微弱的光，地面上的接收站，要准确地接收到那唯独一个需要的光子。这个过程中，怎么对得准，是个难题。

　　这就相当于在万米高空的飞机上，要往地面上的储蓄罐里扔进一枚硬币。当然，是要往那条狭窄的投币口扔进去。更麻烦的是，这个储蓄罐子还是在旋转的！

　　其次，这些实验，对探测器的灵敏度要求极高。

　　量子卫星上打下来的一个光子，是光的最小单位。它小到什么程度呢？

　　大约是这样的情形：月球上划一根火柴，大概是几瓦的亮度，要在大约38万公里外的地球上能够捕捉到。

　　Q：未来如何惠及普通百姓

　　技术的发展是有一个过程的，最后总能惠及老百姓。

　　量子计算的应用将非常广泛，而这可能大大改变人类的生活。因为量子技术不仅可以解决大规模的计算机难题，进行气象预报、药物设计、金融分析、石油勘探，而且还能揭示新能源新材料、高温超导、量子霍尔效应等复杂的物理机制。

　　Q：天地一体实验室是什么样

　　这是人类有史以来最大的实验室。

　　比如，在进行量子秘钥分发实验的时候，当距离地面500公里的量子卫星经过北京兴隆站时，先和兴隆地面站进行一次量子密钥的分发。

　　卫星下一次再经过新疆南山站的时候，再和南山站进行一次密钥分发，最终共享一对完全相同的、又是绝对安全的密钥。

　　兴隆站和南山站相距1200多公里，卫星在距离地面500公里的轨道上，所以这个天地一体化的实验室面积有60万平方公里，面积差不多有6个浙江省那么大。

　　Q：量子纠缠的效果是什么

　　目前来看，量子分身术更为直接的应用，就是量子保密通信。

　　以往被认为最安全的信息传递方式是光纤通讯。

　　光缆能把所有的光能限制在光纤里，外面得不到能量，所以这个传输被认为是安全的，但随着科技发展，只需让光缆泄露哪怕很少一部分能量，就能够窃听光缆传递的信号。

　　比方说，两人打电话时，他人可通过窃听器从通信线路中的上千万个电子中分出一些电子，使其进入另一根线路，从而实现窃听，而通话者无法察觉。

　　“水门事件”、“棱镜门”等都是这样走漏风声的。

　　而量子通信完全不会出现这个问题。

　　这是因为其密钥具有不可复制性和绝对安全性。一旦有人窃取密钥，整个通信信息就会“自毁”并告知使用者。

　　再以小宋和小马为例。两人要进行安全通信，小宋发出的光子信息状态有水平、竖直、45°等状态。

　　假设有人窃听，可是光子不可分割，首先窃听者根本无法分割出“半个光子”；

　　其次，因为单次测量测不准、不可克隆的量子态特性，窃听者无法复制信息；

　　第三，一旦窃听者截获光子，小马就收不到信息，也就不存在窃听了。