“天宫二号”和“墨子号”如何完成量子实验

随着互联网的大范围普及，人类的信息传送超过了前所未有的数量和频率，预示而来的信息安全隐患，令其当下互联网用于的加密标准RSA算法受到前所未有的挑战。　　面临人类日益下降的信息安全市场需求，科学家找寻到了以量子密钥分配为核心的量子保密通信技术，并逐步从研究南北简单，构成了一定的产业规模。　　在地面光纤网络建设方面，世界第一条量子保密通信主干线路京沪干线将要竣工，然而为了更加远距离的量子保密通信，在建设地面光纤网络的同时，还须要利用多个飞行器覆盖面积光纤无法抵达区域的量子密钥分配。　　天宫二号配备的量子密钥分配专项，就是以构建空地间实用化的量子密钥分配为目标，通过天上升空一个个单光子并在地面接管，分解量子密钥。

　　据介绍，天宫二号轨道飞行高度约为400多公里，飞行速度大约为每秒钟8公里，地面站的接管口径大约一米。用来分解量子密钥的光子，必须精准地打在地面站的望远镜上，精准程度就如同在一辆加速行经的高铁上，把一枚枚硬币精确地转回10公里以外的一个相同的矿泉水瓶里。量子密钥分配的精准度和构建可玩性可见一斑。

天宫二号量子密钥分配专项载荷　　然而，这项高难度实验又是如何为通信安全保驾护航的呢？这要从量子态的特性想起。　　据中科大涉及专家讲解，依据量子不能克隆定理，拷贝（即克隆）任何一个粒子的状态前，首先都要测量其状态。

但量子态不同于经典状态，十分薄弱，任何测量都会转变量子态本身，因此它无法被给定拷贝。　　当监听者监听经典信息时，相等于拷贝了经典信息，使原本接受者和监听者各取得一份信息。不过，量子信息传输时，由于无法克隆给定量子态，监听者在截击量子通讯信息的同时，也相等于封存了所取得的量子态。专家称之为。

　　以天宫二号量子密钥分配载荷为事例，如果将天宫二号上升空的光子比作硬币，它的偏振方向就只不过硬币的转动角度，这也是量子密钥安全性的来源所在。　　基于量子力学测量原理的量子密钥分配BB84协议，只不过为硬币挑选了、、↗、↘四个转动角度，并且都对应好二进制编码。

密钥分配时，升空末端和接收端都随机用+和两种洞来让硬币通过。扔到一个硬币，双方就通过电话对比一下中选的洞，留给洞一样时扔到的硬币结果，分解二进制量子密钥，从而彻底确保了密钥的安全性。

　　如果有人监听，监听者不能随机自由选择+和两种洞。测过硬币角度后，为掩饰监听不道德，他必须将硬币再行扔给接管方。但是该硬币早已被测试，不会有一半的概率转变角度。

此时，接管方经过测试就不会找到硬币的测量结果和发送到方有1/4的概率有所不同，从而辨别出有不存在监听者，之后可及时暂停密钥发给，确保信息安全。　　因此，专家特别强调，只要是顺利分配的量子密钥，就一定是没被监听过的安全性密钥，即天知地知你知我知的密钥，从而顺利将信息维护得密不透风，输掉这场信息保卫战。　　另外，专家同时回应，相比于墨子号量子科学实验卫星主要针对还包括双向量子纠结发给和量子隐形传态在内的纠结涉及的量子通信实验，天宫二号配备的量子密钥分配载荷目标更为探讨，只针对量子密钥发给实验。

并且，由于墨子号是太阳实时轨道运营，一天单轨，其量子密钥发给只作为实验目标，而天宫二号一天多轨道运营，可以更进一步尝试空地量子密钥发给应用于。

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