[S2] 025 量子卫星大揭秘

一、墨子卫星的性质是科研

墨子卫星主要任务是做量子通讯的科学实验，目前离实际应用还比较远，这项实验与奥地利的维也纳大学合作。潘建伟团队的优势在技术，不在理论。

二、传输信号中的关键点

1、采用卫星势在必行，光量子态在光纤中最多可以传播200公里，之后衰减到无法辨识，而光量子又没法放大。地球大气层传播光信号衰减主要集中在近地面20公里以内高度，超过此高度影响就很小，从地面发射信号到太空只会衰减20%。

2、最终的量子卫星通讯可能是几颗卫星在天上，链接若干重要城市，在地面配合这些城市用光纤实现200公里内的毛细覆盖。

3、潘建伟团队在2010年先做过16公里量子态的传输，后又在2012年青海湖做了97公里的量子态传输，验证了天地通讯的可行性。

4、卫星和地面站如何对准是难点，墨子是近地卫星，每85分钟绕地球一圈，卫星和地面站的发射端、接收端需要实时对准。

5、潘建伟团队在2013年利用高空热气球模拟了近地卫星对准的操作。

三、量子保密通讯

1、传统加密过程不断增加破解难度，但永远无法防止别人嗅探、窃取、监听。

2、量子密钥分配方法采用两位IBM科学家提出的BB84协议，这种加密技术可以实时监控是否有人在监听。这个功能的实现是依靠量子力学中，量子态不可克隆理论实现的。

3、但IBM提出BB84协议的两位科学家并不看好量子密钥分配方法，他们更看好量子计算。

4、2009年Masanes在PRL上的论文证明了：只要信息不会超光速传播，量子密钥的安全性就是严格的。

5、分发光量子的过程在2005年以前进展很慢，每20分钟可以发1bit数据，最远距离10公里，潘建伟团队最先突破距离到200公里，在2012年时合肥搭建了6000平方公里网络，之后量子密钥加密技术使用在十八大和大阅兵中的通讯。

6、量子密钥也有攻击方法：强光致盲，但2012年PRL上的一篇论文解决了这个问题。

7、通过量子纠缠做出的保密通讯叫做量子隐形传态（teleportation），这需要让成对的量子形成纠缠，并且在传输过程中保持纠缠，这是两个难点。

8、量子隐形传态并不超光速，因为它需要另外一条传统信道指挥一方如何进行退相干的操作。这种加密方式也可以通过协议上精巧的设计让收发双方可以随时知道是否被人窃听。

9、量子隐形传态中传递的是量子态，所以可以和量子计算机无缝结合。

四、质疑的声音

1、不论是采用量子密钥还是量子隐形传态，都需要传统信道，所以安全性并不比目前所用的更好。

2、量子通信的信噪比低，抗干扰能力差。

五、量子卫星的意义

如果量子加密技术不断改进，量子计算机齐头并进，也许70年后看今天，就像我们看1947年晶体管发明那样。目前所有的IT世界，从物理层到编码全都需要重新建立，新的机会遍地。