中國科學(xué)家在首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”上完成了一項(xiàng)特殊實(shí)驗(yàn)：從地面到太空的量子隱形傳態(tài)。這也是“墨子號(hào)”最難做的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，它還常常被人聯(lián)想到科幻電影《星際迷航》中的超時(shí)空傳輸。這背后的故事，你了解嗎?

　　全球量子通信的研究者，一直在地面通信距離上爭奪“首次”和“第一”。隨著中國把第一顆量子衛(wèi)星送入太空，天空拉開了新的戰(zhàn)局。

　　潘建偉曾表示，量子通信能夠防范監(jiān)聽，實(shí)現(xiàn)通信保密安全。到2030年，希望中國能率先建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。[page]

　　團(tuán)隊(duì)中的追星人

　　2016年8月16日，世界第一顆量子衛(wèi)星“墨子號(hào)”升空的那一夜，廖勝凱在甘肅酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地監(jiān)控著發(fā)射塔架上的衛(wèi)星狀態(tài)，耳邊只有轟轟隆隆的巨響，遺憾是沒能親眼看到墨子號(hào)升空。任繼剛在西藏海拔5100米的阿里觀測站待命，為星地對(duì)接做最后準(zhǔn)備。阿里站將是墨子號(hào)第二個(gè)對(duì)接的地面站，衛(wèi)星以每秒8公里的速度劃過夜空時(shí)，他祈禱能順利“抓住”這枚量子星。

　　李海兵和同事們站在茫茫戈壁上，在火箭引擎巨大的轟鳴聲中，他們?nèi)天o默。1.5公里外，火箭終于載著墨子號(hào)升上夜空。

　　那一夜之后，他們都成了追量子星的人。[page]

　　來自衛(wèi)星的防監(jiān)聽“密碼本”

　　保密，是量子通信、量子密鑰分發(fā)的核心功能。

　　2004年，美國前特工斯諾登揭開美國“棱鏡計(jì)劃”，而后逃亡俄羅斯。這場美國國家安全局實(shí)施的竊聽計(jì)劃震駭了美國社會(huì)，郵件、通話、視頻信息，都暴露在了電子監(jiān)聽之下。與此同時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)卻通過手機(jī)、電腦、銀行交易、親友通信……滲入日常生活的每個(gè)毛孔。

　　李海兵在南山站做衛(wèi)星密鑰分發(fā)的實(shí)驗(yàn)。他通常在黃昏時(shí)去地面站開始工作，夏天荊棘刺穿衣褲，半人高的草叢中已經(jīng)踏出兩條小徑，冬天時(shí)候，一步一步陷在二十公分的白雪里。

　　南山的夜安靜如與世隔絕。李海兵清楚記得荒草生長的速度，深夜四下只有自己發(fā)出的聲響，和一只看見手電光亮就狂吠一路的家犬。

　　墨子號(hào)會(huì)從夜空發(fā)下一串量子密鑰。光量子細(xì)小到不可再分，不能被復(fù)制，而任何第三方的監(jiān)聽，都會(huì)引起光子的變化，從而被察覺。因此從理論上來說，是可以建立完美防范監(jiān)聽的“密碼本”。

　　然而量子密鑰分發(fā)有一個(gè)缺點(diǎn)—如果傳輸效率太低將無法成功獲得密鑰—光纖中單光子的傳輸損耗隨距離增大而指數(shù)增加。目前單光子在光纖中傳輸?shù)臉O限約404公里，而后衰減殆盡。根據(jù)數(shù)據(jù)測算，通過1200公里的光纖，即使有每秒百億發(fā)射率的單光子源和完美的探測器，也需要數(shù)百萬年才能建立一個(gè)比特的密鑰。[page]

　　“打怪獸”：造外國人沒有的量子星

　　在送量子衛(wèi)星上天前，潘建偉團(tuán)隊(duì)需要在地面進(jìn)行測試——以證明這顆衛(wèi)星在工程上是可行的。研究團(tuán)隊(duì)翻遍了中國地圖，發(fā)現(xiàn)中國最大湖泊的中心恰有一個(gè)小島。從青海湖北岸，到青海湖南岸，也恰好是一百余公里的長度，湖面上沒有任何遮擋。

　　但在這座島上，只有一座藏傳佛教的尼姑庵。任繼剛和他的同事白天走去湖邊的一口井，打水洗漱做飯，晚上做實(shí)驗(yàn)。隔幾天湖上會(huì)泊來一艘船，送來食物和補(bǔ)給。

　　實(shí)驗(yàn)室搭在山上的帳篷里。風(fēng)雨大作的時(shí)候，幾個(gè)科研人員各自抱著實(shí)驗(yàn)室的一根柱子，撐過幾個(gè)小時(shí)。

　　到青海實(shí)驗(yàn)完成的時(shí)候，量子衛(wèi)星通信研究團(tuán)隊(duì)也基本組建完畢。主任設(shè)計(jì)師印娟自中國科大本科時(shí)期就加入了項(xiàng)目，主攻量子糾纏分發(fā)，任繼剛負(fù)責(zé)隱形傳態(tài)研究，廖勝凱則主攻衛(wèi)星載荷與密鑰分發(fā)。

　　天地一體化量子通信

　　有很多個(gè)夜晚，等到所有日光消失后，吳騁也在夜空尋找一條完整的銀河，等待墨子號(hào)從天空中劃過的短短300秒。

　　吳騁在中國科大上海研究院讀博士二年級(jí)。從2016年起，他在河北興隆、新疆南山、青海德令哈，都看過璀璨星河里的一顆量子星，熬夜做實(shí)驗(yàn)。他記得，墨子號(hào)升空之初，衛(wèi)星過軌時(shí)的綠色光芒意味著天地對(duì)接成功，是足以讓人高興到手舞足蹈的。

　　吳騁在南山站外看墨子號(hào)穿過星河：“真的是夜空中最亮的星，沒有星星比它更亮了。”

　　2016年8月25號(hào)，墨子號(hào)第一軌從河北興隆過境。廖勝凱記得，彭承志當(dāng)時(shí)在西安衛(wèi)星測控中心，直接用手機(jī)打了視頻去興隆地面站現(xiàn)場，說“讓我看看量子星長啥樣”

　　“哇好亮。”

　　在那之后，他們把墨子號(hào)稱為“夜空中最亮的星”。

　　第一顆升空的量子衛(wèi)星會(huì)劃開一個(gè)新的時(shí)代，人們會(huì)記得墨子號(hào)，就像記得蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星升上天空，從而開啟了天空的衛(wèi)星時(shí)代。而墨子號(hào)印證了量子通信衛(wèi)星的可行性，開啟了量子通信乃至量子物理的空間時(shí)代。

　　墨子號(hào)在天空飛行，南山的夜空里，看到墨子號(hào)劃出漂亮的軌跡，在300秒中，穿過云層，穿過北斗七星，穿過橫貫天頂?shù)你y河。

　　而那一夜在天頂閃爍的星辰，不知有多少已經(jīng)耗盡能量，湮滅在宇宙之中。唯有它們發(fā)出的光芒，在宇宙中飛行過億萬年，在那一刻抵達(dá)南山的夜空。