PingWest / 光谱
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！
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