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两千多年前 ， 墨子在《经说下》中写下“光之人 ， 煦若射 。 ”这一句 ， 并意识到“光沿直线传播”这一现象 。
两千多年后 ， 2016 年 8 月16 日 ， 以“墨子”命名的量子科学实验卫星“墨子号”升空 ， 将利用“光”继续书写人类信息传输的未来 。
2016 年 8 月 16 日 ， 中国发射全球首颗量子通信卫星“墨子”号 ， 图片来源：新华社
如今 ， 设定使用寿命仅 2 年的“墨子号” ， 已经在轨道上运转 6 年时间 ， 更是超额完成了不少拓展科研任务 。
很多人可能看到“量子”两个字就满头疑惑 ， 到底什么是量子？“墨子号”量子科学实验卫星进行了哪些工作？它又和“量子”有什么联系？别急 ， 让我们一个一个了解它们的秘密 。
重点一
什么是量子？
在生活里 ， 我们可能经常会听到“遇事不决 ， 量子力学”这句话 ， 也经常会看到如“量子速读”这种打着“量子”旗号的伪科学 ， 那么“量子”具体是什么？
这一问题其实不难理解 。 我们生活中的一切物体 ， 都有构成其自身的最小单元 ， 比如构成“水”的最基本单元是“水分子” 。 光也是如此 ， 我们从一根激光笔中射出一束光线 ， 将这束光线进行细分 ， 分到的最基本单元就是“光子” 。 我们把构成物质世界的最基本单元 ， 就叫做“量子” 。 “墨子号”在进行实验时使用的“量子” ， 就是“光量子” ， 即“光子” 。
重点二
“墨子号”都进行了哪些实验？
在回答这个问题前 ， 我们先来聊聊大家比较热衷的“网购”这件事 。
在手机还没有被开发出扫指纹、刷脸验证之前 ， 我们网购下单时总需要在屏幕上输入支付密码 ， 可能大部分人都考虑过一件事：万一我的密码被人截获了怎么办？确实 ， 不仅是我们的支付密码 ， 所有从 A 地到 B 地传送的通信信息 ， 都有可能在中途被截获、破解 ， 造成我们的信息泄露 。
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此刻可能有人就会想到 ， 那么我们制作一个密码本 ， 把我们发出的支付密码等信息先进行加密 ， 然后在接收时候利用同一个密码本进行解密 ， 这样不就可以完成信息加密了吗？道理是没错 ， 但遗憾的是密码本可能会被破译甚至直接被盗取 ， 这样一来加密也就没有任何作用了 。
那难道就没有完全安全的加密方法了吗？别急 ， 不要忘了我们今天的主角——“墨子号” 。
“墨子号”的诞生 ， 一个重要的使命就是为了保障通信安全 。 传统的密码本不够安全？没关系 ， 我们用量子技术生成一个“密码本” ， 这个“密码本”足够随机 ， 而且一旦被第三方截获就会被通信双方知晓 。
作为量子科学实验卫星 ， “墨子号”有三个重要实验要完成：千公里级量子密钥（yuè）分发、千公里级星地双向量子纠缠分发 ， 和千公里级地星量子隐形传态 。 在完成了这三大既定科学目标后 ， “墨子号”还开展了多项有重要意义的拓展实验 ， 不断实现新的突破 。
图片来自 Science
看到这些“量子”又要眼前一黑了？别紧张 ， 它们其实并不难理解 ， 让我通过墨子号的这三大既定科学实验来讲给你听 。
重点三
量子密钥分发是在做什么？
它有什么用？
刚才我们说到 ， 为了保证真正的通信安全 ， 需要用到量子技术来制作“密码本” 。 “墨子号”的量子密钥分发任务就是利用“墨子号”这颗卫星 ， 通过从太空往地面发送一个个光子 ， 来生成“密码本” 。
那么这一个个光子 ， 是如何形成“密码本”的呢？想了解这一问题 ， 我们首先要学习一些关于光子的知识：
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