量子是什么？

所謂量子，是構(gòu)成物質(zhì)的最基本單元，是能量，動(dòng)量等物理量最小單位，不可分割。像電子、光子等構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，統(tǒng)稱為量子。

除了不可分割性，量子還具有不可克隆（復(fù)制）性。因?yàn)榭寺∫粋€(gè)東西首先要測(cè)量這個(gè)東西的狀態(tài)，但是量子通常處于極其脆弱的“疊加態(tài)”，一旦被測(cè)量就會(huì)馬上改變狀態(tài)，不再是原來(lái)那個(gè)量子了。

量子的不可克隆性是量子通信安全性的根本來(lái)源。因?yàn)楦`聽(tīng)信息等于先復(fù)制了這個(gè)信息，量子的不可克隆性保證了量子信息本身（或者由它生成的量子密碼）不會(huì)被復(fù)制，因此斷絕了一切竊聽(tīng)的可能性。

量子糾纏

量子糾纏是兩個(gè)量子形成的疊加態(tài)。一對(duì)具有量子糾纏態(tài)的粒子，即使相隔極遠(yuǎn)，當(dāng)其中一個(gè)狀態(tài)改變時(shí)，另一個(gè)狀態(tài)也會(huì)即刻發(fā)生相應(yīng)改變。

量子糾纏被愛(ài)因斯坦稱為“鬼魅般的超距相互作用”。量子糾纏會(huì)違反著名的“貝爾不等式”，因此檢驗(yàn)貝爾不等式成為驗(yàn)證量子力學(xué)是否正確的主要標(biāo)志之一。

什么叫做量子通信？

量子通信主要有兩種方式，一種是利用量子的不可克隆性質(zhì)生成量子密碼，他是二進(jìn)制形式的，可以給經(jīng)典的二進(jìn)制信息加密，這種通信方式稱為“量子密鑰分發(fā)”。我們下一節(jié)會(huì)單獨(dú)介紹。

第二種是利用量子糾纏用來(lái)傳輸量子信息的最基本單位——量子比特。兩個(gè)處于糾纏態(tài)的粒子A和B，不論它們分開(kāi)多遠(yuǎn)，我們把其中一個(gè)粒子（A）和攜帶想要傳輸?shù)牧孔颖忍氐牧Ｗ樱–）一起測(cè)量一下，C的量子比特馬上消失，但是B就馬上攜帶上了C之前攜帶的量子比特，我們把這個(gè)過(guò)程叫做“量子隱形傳態(tài)”。

根據(jù)量子力學(xué)“不確定性原理”，處于糾纏態(tài)的兩個(gè)粒子，在被觀測(cè)前，其狀態(tài)是不確定的，如果對(duì)其中一粒子進(jìn)行觀測(cè)，在確定其狀態(tài)的同時(shí)（比如為上旋），另一粒子的狀態(tài)瞬間也會(huì)被確定（下旋）。

量子密鑰分發(fā)

“棱鏡門”一出，從各國(guó)元首到普通民眾深感危機(jī)，隱私安全與信息安全再次被廣泛討論。基于電子方式的通信，基于數(shù)學(xué)方法的密碼，已經(jīng)無(wú)法保證不被破解。

量子密鑰分發(fā)可為我們現(xiàn)在的通信建立牢不可破的量子密碼，從根本上保障我們的通信安全。量子密鑰分發(fā)以一個(gè)個(gè)單獨(dú)的光子作為載體，通過(guò)收發(fā)雙方通過(guò)隨機(jī)測(cè)量這些光子，選取共同測(cè)量方式的那些測(cè)量結(jié)果，就會(huì)形成一組量子密鑰。如果中間有人竊聽(tīng)，收發(fā)雙方的測(cè)量錯(cuò)誤會(huì)瞬間上升，馬上就會(huì)察覺(jué)有竊聽(tīng)的存在。所以一組成功生成的量子密鑰一定是排除了一切竊聽(tīng)的絕對(duì)安全的密鑰，用它加密的信息也是不可破譯的。

全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星

由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中科院上海技物所共同研制的這顆衛(wèi)星質(zhì)量約640千克，將由火箭發(fā)射至高度為500千米的預(yù)定軌道。可與地面上相距千公里量級(jí)的兩處光學(xué)站同時(shí)建立量子光鏈路。該衛(wèi)星將實(shí)現(xiàn)世界首個(gè)衛(wèi)星和地面之間的量子密鑰分發(fā)，量子糾纏分發(fā)和量子隱形傳態(tài)。

通過(guò)這顆衛(wèi)星中國(guó)將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，并結(jié)合地面已有的光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，初步構(gòu)建一個(gè)廣域量子通信體系。