据新华社北京8月15日电　中国近日将发射的世界首颗量子卫星，除了在建立量子通信网络方面具有巨大应用价值，还将为理解量子物理最令人费解的现象迈出重要一步。

　　量子是微观世界里最小的、不可分割的基本单位，比如，人们日常生活中常见的光，就是由大量光量子组成的。量子有着许多不同于宏观物理世界的奇妙特性，被认为是科学界最玄妙的话题，至今仍充满争议。

　　据介绍，这颗卫星的一大任务是实现星地量子纠缠分发，在青海德令哈和云南丽江之间，或者青海德令哈与新疆乌鲁木齐之间，测试相距1200公里，被爱因斯坦称为“诡异的”量子纠缠现象。

　　量子卫星

　　被命名为“墨子号”

　　记者15日从中科院获悉，我国即将发射的全球首颗量子科学实验卫星被命名为“墨子号”。

　　“关于这颗卫星的命名，我们考虑了好久。”量子科学实验卫星首席科学家潘建伟院士说，最终命名为墨子，缘起于已故著名教育家、中国科学技术大学老教授钱临照。

　　据了解，钱临照作为老一辈光学、科技史研究者，早年对墨家经典著作《墨经》有过深入研究，发现其中有不少与现代科学知识相通的记载，比如墨子在《墨经》中提出的“光学八条”。

　　“墨家逻辑是全球三大古老逻辑体系之一，而逻辑体系是科学的基础。”潘建伟说，墨子在两千多年前就发现了光线沿直线传播，并设计了小孔成像实验，奠定了光通信、量子通信的基础。

　　“就像国外有伽利略卫星、开普勒望远镜一样，以中国古代伟大科学先贤的名字来命名全球首颗量子卫星，将提升我国的文化自信。”他说。

　　作为中科院空间科学战略性先导专项首批科学卫星之一，量子科学实验卫星将在国际首次开展星地高速量子密钥分发、空间尺度的量子隐形传态等多项实验。目前量子卫星发射前的准备工作已基本完成。

　　量子纠缠

　　爱因斯坦的纠结

　　量子是物理世界里事物的最小份额。在数学上，你尽可以把东西分成一半又一半，没完没了地缩小下去，但物理的东西不能比一个量子更小了，不妨说整个世界都是量子组成的。

　　量子论作出的许多预测都得到了验证，没有量子论，就理解不了半导体材料的原理，造不出微小的晶体管，不会有集成电路，也就不会有电脑、手机和网络。

　　量子论的地位早已稳固，有一大堆物理学家靠它吃饭，但量子世界的某些根本问题，仍是他们共同的困扰。其中最要紧的一个，就是令爱因斯坦纠结多年、今天大家还在纠结的“超距作用”，它正是量子通信的基础，也是量子科学实验卫星要检验的问题，其正式称谓是“纠缠”。

　　两个处于纠缠中的粒子，彼此间存在一种神秘关联，即使相隔整个宇宙，只要纠缠不被打破，这种关联就存在着。量子纠缠那神秘的超距作用，让许多最优秀的人类头脑深感困扰。

　　人类似乎生来就认为定域性原则才是理所当然的，即一个物体只能受到周围事物的直接影响，远处的东西要借助媒介、跨越空间才能对它产生作用。要把桌上的咖啡杯端起来，就得伸手去拿。我对你喊话，声音通过空气的振动来传递。

　　量子纠缠则意味着，要么量子论存在漏洞，要么定域性原则可以违反。而以爱因斯坦为代表的部分物理学家则对超距作用的存在持怀疑态度，只认为量子理论是“不完备”的，纠缠的粒子之间存在着某种人类还没观察到的相互作用或信息传递，也就是“隐变量”。

　　量子通信

　　“不可拦截”的秘钥

　　量子科学实验卫星的另一个任务是进行量子通信实验，这是量子纠缠应用领域中比较接近现实的一个。它的要点是特别安全，传统窃听手段原则上对量子通信没有用。加密的信息好比上了锁的箱子，用特定的钥匙才能打开。以当前的加密技术，只要付出足够的努力，钥匙理论上是可以拦截到的，只看效率高不高罢了。

　　而量子纠缠则提供“不可拦截”的钥匙。做法是并不刻意防止别人窃取钥匙，而是一旦有人这么干，通信双方必然能察觉。量子卫星制造两个纠缠的光子，分别发给通信的双方。双方对各自接收到的光子进行随机检测，用明文通信对比检测结果，看看两个光子是不是纠缠的。如果有人中途拦截光子，其观察行为会破坏纠缠状态，让钥匙作废——你偷呗，偷到就没用了，我换把新钥匙。

　　从理论到实践尚有很多技术困难，但总的来说，量子通信还是比传统通信要安全得多，可能会给加密技术带来革命性的变化。近年来量子通信已经有一些小规模应用，中国发射这颗卫星是要率先搞个大动作，着手建设全球范围的量子通信网。有外媒评论说，这是“将顶尖研究转化为中国的全球力量战略资产的一个里程碑”。

　　量子计算

　　魔法般的高速计算

　　量子纠缠还有一个更了不起、但也更遥远的应用领域：量子计算。传统计算机离它的理论极限似乎已经不远，其中既有物理学导致的硬件局限，也有算法方面的软件局限。

　　对一些运算量特别巨大的问题，传统计算机需要消耗的时间长到人类等待不起，甚至宇宙都等不起，目前看来量子计算机是唯一可能的出路，它会比传统计算机快亿万倍。

　　传统计算机算法基础是0或1的状态，而量子计算机则可以实现“既是1又是0”，多个纠缠在一起的量子比特能同时实现指数级别递增的运算威力，轻易碾压传统并行计算。

　　当然，研究还处在非常基础的阶段，很多问题尚待解答：用什么制作量子比特？怎么让它们维持那脆弱而短暂、特别容易遭到干扰的量子态？怎么对它们进行编程？制造量子计算机是不是需要有别于传统计算机的全新思路？用传统计算机发展历史来比拟的话，量子计算大概处于还在研发真空管的时代，让我们等吧……

　　爱因斯坦错没错

　　量子卫星来验证

　　爱因斯坦在许多人心中已成科学真理的代名词，但了解科学史的人都知道，爱因斯坦代表的经典物理学派与玻尔等人代表的量子学派之间的论战已近百年，许多问题还没有最后答案。而中国即将发射的量子科学实验卫星，将有可能帮助解决关于量子纠缠的问题。

　　“鬼魅般的超距作用”，这是爱因斯坦在1935年对量子纠缠的评论。量子力学认为，两个处于量子纠缠态的粒子无论相隔多远，改变其中一个粒子的状态，另一个粒子的状态就会马上随之改变。这种状态之间的关联不需经典物理学中的力场或电场，其关联速度也可认为超过光速，这被称为“量子非定域性”。爱因斯坦作为经典物理学的代表人物，对此表示怀疑，觉得这要能成立简直是“见鬼了”。

　　对于量子纠缠这个具体问题，目前的实验结果还不能最终定论。中国科学院量子信息与量子科技前沿卓越创新中心的陆朝阳教授告诉新华社记者，虽然已有许多实验支持量子非定域性正确，但都还存在一些理论上的漏洞，“到目前为止，还没有实现自由意志的量子非定域检验，也就是说，没有一个实验是百分之百地完全关闭所有的漏洞”。

　　中国即将发射全球首颗量子科学实验卫星，从而提供一个在太空进行实验的平台，将有望通过超远距离的量子纠缠实验，来实现对量子非定域性的检验。量子卫星项目的首席科学家是潘建伟院士，陆朝阳是潘建伟团队的主要成员之一。他说，团队计划做相关实验，“希望通过卫星的帮助更好地回答爱因斯坦的世纪之问”。　　 （据新华社）