8月16日凌晨，在广袤的夜空，一颗新星划出耀眼的痕迹。那是属于中国的“量子科学实验卫星”——以中国伟大科学先贤“墨子”命名，同样也是人类窥探量子世界的幽秘和神奇的首颗星。

在经典物理学派与量子学派的论战的近百年论战中，量子纠缠是一个核心的问题。为什么处于量子纠缠态的粒子，无论相隔多远，一个会随着另一个状态的改变而改变？在目前的实验结果对此“束手无策”的时候，我们想到了太空这个舞台。

全球首颗量子星，为我们提供了一个可以在太空进行验证的平台：通过超远距离的量子纠缠实验，来实现对量子这一奇异特性的检验。

而百余年来，正是源于对量子力学诸多理论的探索与实践，催生了原子弹、激光、核磁共振、全球卫星定位系统等重大发明，进而改变了整个世界。

在欧美科研人员已在进行地面量子传输试验时，经过不懈努力，起步并不算早的中国科学家却将量子科学实验搬到了太空，这不能不说是一个巨大的跨越。

量子科学对许多人来说是一个神秘的领域。但只要我们拨开概念的谜团，看一看它背后所牵连的信息技术，就会惊讶于我们与之的密切联系。

作为与我们日常相伴的互联网、移动电话、QQ、微信等通信技术手段，信息海量传输的背后所潜藏的安全风险，已经成为信息技术发展最需要解决的问题之一。“棱镜门”事件后，让通信安全与通信保密成为国家议题，而如何应对这信息技术背后的“幽灵”，遂使量子科学脱颖而出。

量子世界充满了太多未知而诱人的谜团。特别是量子所具有的诸多不同于宏观物理世界的奇妙特性一旦为人类所掌握，必将带来信息处理能力革命性的突破。而对于公民而言，未来或许会成为一个“无条件”的信息安全世界。

量子信息被认为是下一代通信和计算机技术的基础性和战略性研究领域。如今，随着卫星与地面间远距离量子科学实验平台的搭建，以及在此平台上即将完成的多项大尺度科学实验，量子科学正逐渐从理论向实用化方向迈进，将对人类社会产生深远的影响。

基础研究是科学之本。2011年1月11日，中科院空间科学战略性先导专项——我国迄今最大的空间科学卫星计划正式启动。量子星作为此先导专项任务之一，经历了自主创新、 团结协作、攻坚克难的筚路蓝缕，突破了一项项技术瓶颈，为我国空间科学研究铸就了坚实的基础。一项空间科学任务的实施，往往会催生一批新的航天技术。首颗量子星的发射成功，也同时照亮了中国科技与产业革命的未来之路。

由此，我们仰望并寄望今夜星空中那最亮的星，期待它不同凡响的表现。

[新闻链接]标题：揭秘“墨子号”：量子卫星到底有多牛？

来源：科学网

从最初的研制到发射，量子卫星承载了太多关注的目光与期许，那么，这颗举世瞩目的“新星”到底有多牛气？其技术实现难度又有多高？在酒泉卫星发射中心，量子科学实验卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇，向《中国科学报》记者讲解了量子卫星技术的诸多“极限挑战”。

天地一体化连通：从太空向地面存钱罐扔硬币

在量子通信中，最大的难点在于如何实现天地一体化的量子联通。这就好比在万米高空，往地面的一个存钱罐里扔硬币，需要准确地将硬币投掷于储蓄罐的狭小入口。如果出现一点点偏差，信息的传递便会功亏一篑。

“量子的编码，就像计算机编码0101一样，有正负、垂直、水平等不同状态，要把量子的偏振方向检测出来，才能变成密码。”王建宇介绍说，量子里面有两组状态，一组是正交的，一组是倾斜45度的，所以，一共有四个不同的偏正状态。

不仅如此，地面上的存钱罐（接收装置）和天空中的投掷者（量子卫星）也不安生，它们都在不停地旋转运动。

“这就是瞄准和检测偏正的最大难度所在，我们要在双方都处于运动状态的情况下完成信息传递。”王建宇强调，稍微对不上一点点都不行，如果这样，地面上收到的就是误码了。

据王建宇介绍，一旦误码率高于3.5%，信息传输就没有意义了。“3.5%是个底线，通常我们会把误码率控制在1%~2%之间。”

探测器灵敏度：在地球上看到月球的火柴光

如果说从太空向地面存钱罐扔硬币已经让人感到咋舌，那接下来的技术则更加让人目眩。

量子卫星采用的是单光子探测器，其目的是实现对每一个光子的捕捉。那么，这是一个什么概念呢？

“一个60瓦的灯泡，每秒钟发射的光子数大约是10×10的二十次方个，而一根火柴的最大光亮大约是3~5瓦。”王建宇说，量子卫星探测器灵敏度相当于在月球上点根火柴，我们在地球上用望远镜可以看到它的亮光。

如果考虑到火柴点燃后，光向四面八方的扩散效应，其观测难度可想而知。“探测器的灵敏度必须达到这种程度，才能捕获来自太空中的一颗颗光子。否则的话，天上的量子卫星就没有存在的意义了。”王建宇说。

时间同步设置：一秒钟给一亿个光子排排队

在太空中，量子卫星每秒钟大约向地面发射一亿个光子，需要地面接收装置对所有光子进行接收。然而，这个接收过程并非来者不拒，而是要讲究个先来后到。

“我们必须知道每个光子是第几个发出来，信息传递就是必须发送端和接收端是能够对的上的，要有一个完整的序列。”王建宇说。

将光子们一一对接起来的办法，就是时间同步。“我们现在的接收频率能做到一个纳秒，也就是在一秒钟之内，把一亿个光子全都排列好。”

心理难关：这是一项从未有过的探索

与此前众多追赶、超越的老剧本不同，量子通信这条路，是中国科学家自己一步步趟过来、摸出来的。

“我们以前做各种各样的卫星的时候，一般都有个参考。尽管人家不会把技术告诉你，但是至少心理上是有个预期的，因为别人已经做成了。我们相信通过自己研究总能成功，心里有这个底。此外，中国已经有很多例证，尽管起步晚，但却实现了赶超。”王建宇如是说。

然而，量子卫星不一样。“这个东西到底行不行，刚开始做的时候，我们心里真的是没底。”王建宇感概地说，尽管我们经手的大大小小的卫星研制工作已经无以计数，但量子卫星对于所有参与者都是一个从未有过的巨大挑战。

谈及量子卫星的发射成功，王建宇很是平淡。“对于人类探索量子物理世界和空间科学的脚步而言，这仅仅是个开始吧。”