今天凌晨01时40分，随着酒泉卫星发射中心声震耳欲聋的点火轰鸣声响起，长征二号丁运载火箭点火喷射长尾，第29次发射之旅开启了。
这一次，有什么不同?确实非常不同！和火箭一同升空的，还有中国，也是全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”。
“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。而以爱因斯坦为代表的经典物理学派与玻尔等人为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。同时，我国将成为全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家，构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系也将迈出重要一步。
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慢着，量子理论?卫星和地面之间的量子通信?天地一体化?……高冷范儿的“墨子号”瞬间离广大人民群众好遥远!别着急，这就让此刻已经遨游太空的“墨子号”接上地气，来到小伙伴们的身边。
量子科技，到底是什么“鬼”?
量子科技，对大多数人而言十分高冷。但如果和银行转账被盗、黑客攻击翻墙……这些“信息安全”的场景联系起来，就会瞬时让人感觉接地气了不少。信息爆棚的当下社会，如何让自己的信息传播不被恶意泄露窃取，想必我们每个人都十分关心。
那么，量子卫星，究竟是怎样的一颗卫星?简单而言，它是通讯卫星的一种，用百度百科的解释来说，它是通过量子信号从地面上发射并穿透大气层——卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一特定卫星——量子信号从该特定卫星上再次穿透大气层到达地球某个角落的指定接收地点。
量子通信，绝不泄密的“终极武器”
由于自带“纠缠效应”，量子具备的不可分割、不可复制，且测不准的强烈特性让科学家们在它身上找到了“通信安全”的命门。一旦存在窃听，必定会被发送者察觉并规避。相比传统的通信技术手段，量子通信的安全性与高效性无疑要高出许多。
“传统的信息安全都是依赖于复杂的算法，只要计算能力足够强大，再复杂的保密算法都能够被破解。量子通信能做到绝对安全，是由量子自身的特性所决定的，计算能力再强也破解不了，因此它是革命性的，可从根本上、永久性解决信息安全问题。”量子卫星首席科学家潘建伟院士说。
现在，量子通信技术已被认为是人类科技发展史上的又一革命性技术。在金融、军事和政务等领域的应用前景得到了世界各国的广泛关注，美国、日本等国也启动了相关的研究计划，而中国经过多年努力，在这个领域已后来追上。
目前，我国建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网，“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。
高冷范儿“墨子号”，为啥要上天?
不过，光纤量子传输的信息携带量却远远不能满足我们的需求。在光纤里传播100公里之后，量子的信息携带者——光子大约只有1%的信号能到达最终的接收站。而在大气中却不一样，不仅能保留80%以上的信号，还能利用卫星中转实现地面相距数千公里，甚至覆盖全球的广域量子保密通信。
量子卫星首席科学家潘建伟院士对外接受采访时称，“如果说地面的量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”，那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就，海量信息将在其中来去如影，并且“无条件”安全。”
于是，2011年，中科院在全球率先启动了“量子科学实验卫星”研制计划。
（在酒泉卫星发射中心，量子科学实验卫星在进行太阳翼展开试验）
（在酒泉卫星发射中心，太阳帆板展开试验准备）
“墨子号”升空，绝技上天怎么整?
此次升天的“墨子号”虽然重量达640公斤，但在卫星家族中还属于“小身板儿”立方体结构的卫星实物，高度仅为1.7米。不过，墨子号身上装的四大装备却技艺非凡。
激光器——能生成单个的光量子。作为能量等物理量的最小单元，光量子也是光的最小量子单元。
量子纠缠源——和激光器不同，它的使命是制造出一对对处于纠缠状态的光量子。大家可以把纠缠状态想象成一对互相吸引的磁铁，不同之处在于，纠缠中的量子即使相隔万里也能心灵相通，其中一个状态发生改变，另一个也会相应改变。爱因斯坦把这种现象形容为“如幽灵一般的远距离作用”。
量子密钥通信机和量子纠缠发射机——这两个仪器相当于发射器，都是负责把光量子发射到地面实验站。密钥通信机是一对一，发射单个光量子到单个地面站，纠缠发射机则是一对二，把成对的纠缠光量子分别发射到两个地面站。
除此以外，地面也一同建设了科学应用系统，包括1个中心——合肥量子科学实验中心;4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站;1个平台——阿里量子隐形传态实验平台。
由此，卫星、地面共同构成“天地一体化量子科学实验系统”。接下来的两年间，系统将进行“星地高速量子密钥分发实验、广域量子通信网络实验、星地量子纠缠分发实验、地星量子隐形传态实验”四大实验任务。
宇宙网红“墨子号”的前世今生
“墨子号”作为我国自主研制的全球首颗量子科学实验卫星，从最初酝酿和前期技术贮备到如今成功发射，前后历时十多年。下面，让我们一起了解一下它的“星路历程”。
◆ 2003年，潘建伟提出量子科学实验卫星计划。
◆ 2011年1月，中科院空间科学先导专项启动，量子卫星纳入其中。
◆ 2011年12月，量子科学实验卫星工程启动。
◆ 2012年12月，转入初样研制阶段，卫星开始成形。
◆ 2014年12月，转入正样研制阶段，卫星开始成熟。
◆ 2015年12月，完成星地光学对接试验，达到科学目标要求。
◆ 2016年2月，完成大系统联试，协调匹配性得到验证。
◆ 2016年7月，量子卫星和长征二号丁火箭从上海运往酒泉。
◆ 2016年8月16日，发射成功。
根据潘建伟院士的介绍，天地量子科学实验非常复杂，对天地实验设备的要求也异乎寻常的高。“卫星研制过程中，最困难的环节就是有效载荷，攻克了许多技术难题才拿下。如量子纠缠源。实验室中纠缠源的体积非常大，但真正升空时却必须尽量小型化。靠着一系列国际上首次实现的创新才逐步满足空间环境要求。”
璀璨星群，“宇宙网红”携手撑起一张网
泰伯网了解到，若效果达到预期，下一步我国还将计划发射“墨子二号”、“墨子三号”。 “由于强烈的太阳光背景，目前，星地量子通信还只能在夜间进行。而且，单颗低轨卫星也无法覆盖全球，依然需要形成一个卫星网络来更好进行服务。”
根据计划，到2030年左右中国力争率先建成全球化的广域量子保密通信网络。而在此基础上，国内将积极构建信息充分安全的“量子互联网”，形成完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统。未来，一个由几十颗量子卫星组成的“璀璨星群”，将与地面量子通信干线“携手”，支撑起“天地一体”的量子通信网。
“随着中国科技的迅猛发展，我相信量子通信将在10年左右时间辐射千家万户。期盼在我有生之年，能亲眼目睹以量子计算为终端、以量子通信为安全保障的量子互联网的诞生。”潘建伟说，“我相信中国科学家们做得到。”
Tips：量子通信卫星，为何你叫“墨子”号?
大家一定会疑问，为何这颗卫星被起名为“墨子”?其实，它正是为了纪念生活在2000多年前崇尚科学的中国古代思想家，也是世界上第一位开展光学实验的科学家。
“墨子解释了小孔成倒像的原因，指出了光的直线进行的性质。而这是对光直线传播的第一次科学解释。”潘建伟院士接受记者采访时提到。
说起来，我国是最早发明“光通讯”的国家。周幽王烽火戏诸侯的故事，便是原始的光通讯。大约2400-2500年千，墨子遍把光通讯进行了大大发展,做出原始的“编码程序”,创造旗鼓烽燧声光混合编码，在不同情况下进行有效组合，以达到传递有用信息的目的。
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