「墨子號」量子科學實驗衛星有哪些先進之處？

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謝邀，對於量子通信來說，現在所有的技術都有一個根本性的制約，那就是由於量子的不可克隆定理所決定的攜帶量子信息的光子不可以像經典通信中的中繼放大那樣把信號進行放大，如此的話，光子在光纖中傳播是有損耗的，目前的技術只能實現百公里量級的傳播。現在也有量子中繼器的研究，比如說郭光燦老師實驗室所在進行的固態量子存儲研究，最終極目標就是研製成功量子中繼器。但是，量子中繼器和量子計算機的研究難度基本上是一樣，所以可能需要很長的研究周期才能實現。據我了解，目前量子通信網路中用到的中繼是一種叫可信中繼，即可能是通過人工把量子態信息讀取出來以後，再進行重新製備。我們無條件相信這個操作是可信的，但是這個地方就存在一個比較大的漏洞了。
綜上，目前最優的，最可能實現的就是通過衛星來做中繼，衛星距離地面所有的基站都可以達到百公里的量級，所以不存在光子傳播距離遠了之後完全損耗了的問題。同時，也不需要人工把信息讀取出來再加密傳播。這個問題的解決是發射墨子量子通信衛星的主要目的之一了。

千百年來，人類一直渴望實現絕對安全的通信，而量子通信技術就能夠非常完美的實現這一夢想。

過去的十年里，「互聯網+」改變了我們的生活，而現在「量子+」正在改變互聯網。

尤其是在「墨子號」成功升空之後，中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉作為中國量子通信領域的大咖，對此深有感觸！

圖1 中國科學院院士、中國科學技術大學常務副校長潘建偉

量子通信是基於量子力學基本原理的前沿技術。

潘建偉介紹說，在量子通信技術的研發過程中，單個光量子的製備和探測是主要的兩個技術難題。

首先，製備單個光量子的技術難題。

潘建偉舉了一個非常形象化的例子來解釋這一關鍵技術的難度：一個普通的十五瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數可以達到百億億個，想要實現單個光量子的製備就如同在這百億億個光量子發射出來的瞬間捕捉到其中的某一個，技術難度可想而知。

另一個難題是單光子的探測。

單個光子已經是光能量的最小單元，能量是非常微弱的，需要發展出非常精密和高效的單光子探測技術。具備了單個光量子的製備和探測的能力後，我們就可以用來實現安全的量子通信了。

量子信息的應用除了實現無條件安全的通信外，還可以帶來計算能力的飛躍，這就需要第二種能力，把一個個的單量子糾纏起來。量子計算機的能力是隨著糾纏粒子數目呈指數增長的，比如有100個粒子的糾纏，每個粒子可以處於「0」和「1」的相干疊加，100個糾纏的粒子就可以同時處於2的100次方個狀態的疊加，這就相當於同時對2的100次方個數進行操縱，計算能力就大大提升了。

把一個個粒子糾纏起來需要對它們之間的相互作用進行精確的控制，同時還要保證克服環境的干擾。潘建偉團隊通過一種名為「光晶格」的實驗裝置來成功攻克了這一技術難題，而「光晶格」捕捉單個原子的技術原理就如同把雞蛋逐個放入蛋槽的過程，每個光晶格中只能容納一個原子，再人為控制這些原子的相互作用，使得它們糾纏起來。雖然現在的技術水平已經發展到可以操縱數百個原子，但是想要實現數百個原子之間的量子糾纏態還有很長的路要走。潘建偉解釋說，如果能夠將幾百個原子糾纏在一起，就可以演示量子計算機的基本功能了。

圖2 量子糾纏態

據了解，此次「墨子號」量子通信衛星包含了國際合作任務，並且選擇了奧地利作為首個國際合作夥伴，成為量子通信「夢」開始的地方。

在中國科學技術大學學習期間，潘建偉第一次領略到量子世界的奇妙。但隨著研究的深入，他越發意識到量子理論中的各種奇特現象需要更加尖端的實驗技術和條件才能夠得到驗證，而當時國內在這方面還相對落後。

於是1996年潘建偉來到奧地利因斯布魯克大學，師從奧地利物理學家Anton Zeilinger攻讀博士學位。那時Anton Zeilinger教授已經建立了量子實驗室，並且是量子物理學領域的國際權威。在這裡，潘建偉和同事們完成了國際上首次實現光子的量子隱形傳態的實驗，這被認為是量子信息實驗領域的開端。

此後幾年內，潘建偉和同事們又先後實現了一系列量子信息領域的先驅性實驗，這些寶貴的經歷為以後潘建偉在量子通信領域的突破性貢獻奠定了堅實的基礎。潘建偉對奧地利的特殊感情還不止於此。潘建偉在奧地利求學期間，一直得到了奧地利外交部和學術交流機構的資助。博士畢業後，潘建偉又繼續在維也納大學實驗物理所從事博士後研究，而維也納大學正是薛定諤等量子力學的奠基人工作過的地方，無疑是量子力學的「聖地」之一。

所以，當昔日的老師主動提出加入到我國的量子衛星計劃中來的請求後，順理成章地，奧地利就成了量子科學實驗衛星項目的第一個國際合作夥伴。潘建偉提到，量子科學實驗衛星會向全世界開放，在奧地利之後，德國、義大利、加拿大等國的團隊也主動請求加入。

圖3 「京滬幹線」城域網的建設

潘建偉曾經在接受採訪時談到，作為量子通信領域的技術強國，中國正從經典信息技術的跟隨者，轉變成未來信息技術的並跑者乃至領跑者。回顧中國量子通信領域的發展歷程，成績的取得當然離不開先輩科學家們孜孜不倦的奮鬥與拼搏。

潘建偉表示，我國在量子通信領域的研究起步較早，在上世紀90年代初就有如郭光燦院士、張永德教授等老一輩科學家對該領域發展的密切關注，並且中國科學技術大學已經發表了一些該領域的文章。

潘建偉強調說，中國量子通信領域之所以能夠發展到今天這一步，與當時中科院與時俱進的敏銳眼光密切相關。比如，在他2001年回國組建實驗室時，一切都是從零開始。當時向中科院申請了200萬經費，而當時的中科院基礎局卻撥了400萬。在中科院的重視和支持下，實驗室的發展速度非常快，很快就有了一批由中國人完成的量子信息領域的重要成果。在那之後，從2004年起，中科院的支持力度又進一步加大。

同時，國內其他團隊也發展起來了。從2005年的時候，國家的重大研究計劃也開始注意到了量子調控，當時在中科院物理所的於淥院士、南京大學的閔乃本院士等建議下，量子調控成為國家重大研究計劃的內容，到目前這一計劃已經執行了十餘年。正是由於國家的重點扶持，我國的量子通信技術才得以快速發展。

近年來，中科院啟動量子衛星項目，國家發改委啟動「京滬幹線」項目，為量子通信技術實現跨越式的發展注入了長足的動力。但同時潘建偉也表示，歐美等國家也相繼啟動了包括量子通信在內的量子專項計劃，政府也給予了大力支持，所以我國在未來能否持續搶佔量子通信領域的領跑地位，還需要不斷創新不斷前進。

量子通信是目前為止被驗證過的唯一可提供「信息理論安全」級別的保密通信手段，隨著我國發射全球第一顆量子實驗衛星以及「京滬幹線」的相繼建成,都將奠定中國在量子通信領域的領跑地位。目前，在量子通信領域，無論是科學研究還是實際應用，我國都已處於世界領先水平，我們也期待著，量子通信從理論到實驗再到實踐的完美蛻變。

底下的好多回答翻譯過來都是：中國人是弱國，所以中國人當然也是低能兒，分數在六十分以上，便不是自己的能力了。

說實話，我不是針對某一個人，我是說，知乎上的一大票xx不知道從哪裡來的科學素養自信正在拉低整個社區的科學水準。

雖然量子力學我學了三個月直到期中考試的時候才理解我到底在學什麼。這玩意對於一般人來說確實是超出理解的。（回頭看其實矩陣力學入門包括雙體問題也沒有那麼難，至少我還能看懂答案，後面學qft真是答案都看不懂了）。但講實話，在沒有搞清楚量子隱形傳輸和量子保密通信的區別之前，還是別用自己那點微薄的xx秀理性了。

我覺得愛因斯坦好慘，他只不過提了一個悖論，順便說了一句經典的錯話，上帝不擲骰子。就被說成不理解量子糾纏甚至量子力學了……更有甚者說量子糾纏是玄而又玄的問題………我真不明白一個上世紀三十年代提出過思想實驗，如今本科生大三就能現場操作的現象有什麼玄的。在我看來比空氣動力學或者現代控制理論來說也難不到哪去。拜託別用科幻小說套到現實上好么。話說回來，愛因斯坦對量子力學的科普造成的阻礙簡直高於十個薛定諤滑雪泡妞寫薛定諤方程的經典段子。

基礎的量子理論是非常成熟的，這是我大三學量子力學的時候老師特彆強調過的。量子力學不可理解的東西根本不是他的理論模糊或者說有錯漏，而在於一些基礎性的公理的解釋，比如觀測問題確實有其難以理解的地方。（這就像一加一等於二一樣難以理解但不影響我們拿他推出一加二等於三或者自然數是一個阿貝爾群）。但是！量子理論真正難以被理解的是上個世紀初的事情，因為它顛覆了當時的觀念。但上個世紀初被顛覆的觀念太多了，包括量子理論的非定域性，包括時空的關係。在包括貝爾不等式（完美解釋了epr佯謬，即經典物理的定域性對量子力學是不存在的，量子力學的鬼魅般的超距作用確實存在，而且是真·隨機，但無法傳遞經典信息），還有到處的粒子加速器撞來撞去，電子的衍射（這在量子力學初始僅僅是個思維實驗），甚至接近宏觀粒子的衍射等等一系列實驗之後，量子力學的圖像是相當清晰並且在一切人類的觀測手段下精確的。

放到現在的學習中並沒有覺得量子理論或者廣義相對論哪個更無法令人理解……因為物理現實就是物理現實你理解或者不理解計算結果就在那裡不悲不喜的看著你。

而難以理解的計算結果多了去了，你找一計算機科學家給他一堆CNN（卷積神經網路）的中間數據我覺得他也不一定理解神經網路在想什麼，然而識別效果就在他那裡不悲不喜。你找一個文科妹子給她當面解一個pde（偏微分方程），她還是不理解pde在想什麼但是這他么能說明pde沒有意義么？但是我看到了許多回答大概就是「雖然我不懂qm，但是我覺得xx xx xx，所以這是個騙局」。這就好比「雖然我不懂流體力學，但是我覺得飛機那麼重的鐵塊顯然飛不上天，我們村的老王都說了他在省城裡沒有見過飛機，所以飛機顯然是一個騙局」

「雖然我不懂微分方程，但是那麼複雜的表達是顯然不是人類能夠理解的，所以我覺得控制論就是一個騙局，我們村頭的老李都說了，電腦裡面都是用妖術把人的魂放了進去」

我覺得很多人喜歡說量子力學難以理解不如說是說這些話的文字撰寫者是個文科生或者和我一樣量子力學剛剛及格於是需要掩飾自己的愚蠢。

但是這他么的和美國人不想給bb84批經費有半毛錢關係嗎？bb84本身是基於量子不可克隆而不是量子糾纏。用繁體字的這位講愛因斯坦不理解量子糾纏-&>量子糾纏沒有意義-&>墨子號是個騙局，騙你大爺啊。本科生都能做的實驗上天實現了hard模式就成騙局了，你咋不上天呢。

至於量子糾纏不被重視，你得知道不被重視的東西多了去了，最早的，雜交理論被擱置百年就不說了。近一點的，廣義相對論作為影響力和深度遠超狹義相對論的理論（二者不是一個層次的理論）在發表後幾十年內沒有人覺得他有卵用。然而現在卻撐起來了科幻小說的半邊天而且在一切人類觀測的界線中被精確的證實（黑洞裡面觀測不到）。就算計算機科學，神經網路一開始也是歪門邪說。最近學自適應控制，發現自適應控制也因為一次事故被擱置近半個世紀……

而另一方面量子糾纏這東西一開始就極具爭議性，得到了理論基礎之後也是之後的一系列理論的基礎。比如沒有量子多體問題（取n=2就是糾纏）你搞個毛高能啊，搞個辣子凝聚態啊，你以為全世界的粒子加速器都是拿來泡咖啡的么，全世界的凝聚態物理實驗室都是造電阻的？（似乎有一半真的在造電阻？）沒有這些理論連恆星你都算不準，能不能造出氫彈都兩說（因為恆星是靠費米能支撐自己不被引力搞榻的）。更別說半導體和計算機了。居然成了無法理解和中國燒冷灶…………

另外，根據那幾個帖子的水準，我懷疑並不是簡單的一個科盲用戶噴幾句tg…其似是而非的否認是需要一定功底的，肯定是有專人「公關」出來的。至於是不是帝國主義亡我之心不死我一個搞科研的不是很懂。

所以你看，不是因為你…，全世界就得跟你一樣…了。比你聰明的東西都不可能存在，而現實中不幸的是，不管你承認不承認搞物理的人恰好是智商最高的那一批人……

xx是個好東西，我希望人人都有。

最後這個可以看出來，

每個人都覺得自己最聰明，我的建議是以後沒發手解pde的還是別在這裡丟人顯眼說真理了。

哦如果想在評論里跟我使用大量主觀態度質疑任何量子通信的有關內容，請確保你至少理解希爾伯特空間，我沒有給你科普的義務。當然友善的疑問歡迎我可以有時間解答。

利益相關：中科大理論物理畢業生。

給徐師兄和白師弟點了感謝。以下是一點感想。胡言亂語，不著邊際，離題萬里。

大一的時候我也很不理解，為什麼群眾竟會愚昧到這種地步，以至於發表「你喝一杯純px，我喝一杯純酒精，看看我們誰會出事！」這種言論。

我看到有些地方的廠房建設方案下馬，也看到另一些地方老百姓拿到了令他們滿意的補償，於是煙囪鍋爐反應釜紛紛拔地而起。

哦對，我還看了legal high。

後來我又看到清華學子在百度百科上為了捍衛科學的榮譽而戰鬥。我也看到本來應該無毒害的企業，還是會被抓到排放有害物質；本來應該安全的生產線，還是會不合理地爆炸。於是愚昧的愈發張狂，緘默的更加委屈。

我聽說在廣袤的華北平原上有無數大大小小的化工廠，用硫酸和玉米桿做原料生產呋喃。這是一百年前的技術，成本低廉，污染環境，早已被西方淘汰。但我們仍在使用，並把大量的呋喃出口到世界各地。

我還聽說最近「量子」這個詞炒得火熱，越來越多的小公司在名字里加上「量子」兩個字，不倫不類的，就能騙到投資——金茂大廈中間的一個樓層，一年租金就要八位數，正經企業哪來這麼多錢交房租。

《提喻紐約》里有這麼一句話，「世上的事都遠比你想像的更複雜。你所見的不過只是真相的十分之一。」

所以我們能做點什麼呢？少說話多辦實事吧。許多爭辯其實是毫無意義的，甚至帶有一點何不食肉糜的諷刺。但歷史的車輪從不會在乎爭論雙方的聲音，它只會沿著一條，由那些勇敢而謹慎的人們開闢出的道路，沉重而緩慢地前行。

作為一個對量子信息、量子計算有粗淺理解的本科生，我覺得量子通信衛星項目有以下幾個問題：

1. 大數分解在目前的計算能力下是安全的，而量子計算在可預見的將來還不能實現，科學家現在甚至還不知道哪個體系最可能實現量子計算。這種情況下，我們造出這種理論上絕對安全的信息傳遞方式，誇張一點，是不是就像在石器時代造出抵禦核武器的掩體？

2. 基於衛星的量子通信受到多方面的限制，技術手段的不成熟還好說，但是最嚴重的是物理原理上的約束。這個東西只能基於單光子，信噪比就成問題。鄙人有幸聆聽過航天五院量子中心主任關於量子通信衛星的介紹，他說，這個東西只能在晴朗的夜間使用，因為陽光或者雲都會把微弱的信號消滅掉。這個限制是物理原理給出的，不可克隆性使得非破壞的信號放大不可實現，製備出多個相同的光子以補償衰減就不能防竊聽。所以我們造出的這個核武器掩體只能防禦夜間的進攻，而且這個缺陷似乎沒有改善的希望。

3. 衛星通信是不需要可信中繼，不需要重兵把守。但是怎麼防止敵人把衛星弄瞎或者打下來？？這點來說，是不是在中國國土上的可信中繼在戰時更有保證？

儘管如此，發射量子衛星仍是很大的進步，是中國科研人員的驕傲。但是我們不應該認為我們已經趕英超美，外國教授都來跪舔。學界普遍認為，在量子技術實現的難度上，量子信息&<量子感測&<量子計算，我們花了大筆大筆的錢在最簡單的量子信息，也取得了令人矚目的成就，但是在後兩個上，據我所知，國內似乎沒有能排在世界第一梯隊的研究組。

當然，量子衛星有一個好處是不可否認的，它讓官員、企業家、大眾認識了量子技術，它成功地在一些人腦子裡植入了「量子=nb」這個公式，這對相關研究經費申請的幫助是巨大的，也有助於我以後在外行面前裝B。

鄙人才疏學淺，歡迎討論，歡迎拍磚，拒絕撕B。

謝邀。
關於量子衛星，參見我的文章《從量子力學到量子衛星》知乎專欄和《你見到的否定量子通信的說法，為什麼是錯的？》知乎專欄和《理解量子通信，從明白除法比乘法難開始》知乎專欄。這其中最簡單的說明量子衛星原理的是《理解量子通信，從明白除法比乘法難開始》知乎專欄，摘要如下：

第一重大圖景，人們為什麼需要量子通信？如果傳統的保密方式足夠可靠，那麼實際上是用不著這種「絕對保密」的通信方式的。但現在的趨勢正是，傳統的保密方式將要失效，原因是量子通信的兄弟學科——量子計算。量子信息是量子力學和信息科學的交叉科學，量子通信和量子計算是它的兩個分支。
目前最常用的保密演算法叫做RSA公鑰加密演算法，以三位發明者的姓氏首字母命名。上小學時，我們發現乘法很容易，而它的逆操作除法要難得多。數學中很多操作具有類似的「易守難攻」的特點。找兩個質數，把它們乘起來得到一個合數，很容易，但反過來，給你一個合數，把它分解成兩個質數，就非常困難。用計算機科學的語言說，因數分解的計算量是指數增長的。用現有的計算機分解一個5000位的數字，需要50億年！RSA演算法就是以因數分解的困難性為基礎的。

但是偏偏量子計算機有一個分解因數的聰明的演算法，能夠把計算量從指數增長降低到多項式增長。這意味著什麼呢？分解一個5000位的數字，將只需要2分鐘！因此，量子計算一旦實用化，現有的絕大多數密碼就會失效。在這個意義上，量子計算是最強的矛，量子通信是最強的盾。以子之矛攻子之盾，孰勝？盾勝！因為量子通信的保密不是基於數學的困難性，而是基於物理原理，層次更高。
對密碼員來說，好消息是量子計算離實用還很遠。目前用量子演算法分解的最大的數是143 = 11 × 13，是由中國科學技術大學的杜江峰、彭新華等人在2012年實現的。但量子計算必然會不斷進步，中美等國都非常重視。8月11日央視新聞報道了中國科學技術大學郭光燦院士實驗室研發的半導體量子晶元，就是量子計算的重要進展。隨著矛的進步，對盾的需求必然會水漲船高。量子通信和量子計算具有這種相輔相成的關係，這是量子信息學科發展的大圖景。

如果你想深入了解量子衛星的原理，可以讀《從量子力學到量子衛星》知乎專欄。如果你被王國文、曹正軍等人以及各種網路噴子攻擊量子通信的說法搞得稀里糊塗，可以讀《你見到的否定量子通信的說法，為什麼是錯的？》知乎專欄。

時隔半小時再次更新。關於量子計算機是否萬能的問題， @八里土人提出了格密碼這樣抗量子計算機的密鑰協議。這方面我承認我沒有太深入的研究，姑且承認一下抗量子計算機的演算法是可能存在的，按照約定道個歉。

不過即便如此，仍然不能因為抗量子計算機演算法的可能存在就完全否認量子通訊。因為沒人知道格密碼這種東西未來還有沒有被發現用其它演算法破解的可能，而量子通訊則在源頭上堵截了破解密鑰的路。單是潛在的密鑰被破解的可能性就足以凸顯出量子通訊的可能價值。

8月20日更新：我覺得我有必要教各位讀者一點防噴姿勢（主要還是防像樓下某繁體字小哥那樣的噴子，稍微噴點一般人沒聽過的名詞，扯上點很厲害的物理學家的名字，可能一般人就不知道怎麼招架了）

首先， @八里土人質疑我說，能扛量子計算的數學演算法多了去了。我不確定您這句話具體什麼意思。如果您的意思是目前像IBM那樣搞的量子計算機水平破解不了很多數學難題，那我同意，因為IBM的量子計算機只有5個用於計算量子位，稍微好一點的普通電腦都能完爆它。但問題在於隨著技術的增加，成千上萬量子位的量子計算機是可以在未來預見的。君不見蒸汽輪船發明之初，各種性能也被當時最先進的帆船完爆的。
如果您的意思是未來成千上萬量子位的量子計算機也解決不了某些數學難題（當然，前提是這個題是可解並且可以作為密鑰協議的，要是您給我拿出一個康托爾連續統假設說量子計算機解決不了這個問題，我只能說你行，我服），那我只能認為您缺乏基本的量子運算常識。當然，如果您拿出一篇研究能證明說，已經有人推翻了這個常識，有一個數學問題可以作為密鑰協議，並且未來成熟的量子計算機技術也破解不了，那我會當眾向您道歉。

除了八里山人的質疑還算那麼有點可商榷之處外，其他的像繁體字小哥那樣的回答我只能用慘不忍睹來形容了。「連愛因斯坦都搞不懂」這句話已經徹底暴露了你可憐的物理學史常識了，愛因斯坦最偉大的貢獻是相對論，玻爾等人不止一次在量子力學的問題上和愛因斯坦撕逼都被證實是前者正確，愛因斯坦對量子力學的了解程度和玻爾等人相比根本算不上頂流（雖然仍然完爆普通人），和他在相對論上的貢獻完全不在一個層次上，這是最基本的物理學史常識，如果你拿愛因斯坦解決不了來證明量子理論不可能應用，只能證明你是在不懂裝懂。
另外一個被他噴的點在於「加密的是密鑰不是信息內容，所以直接破解內容就行了」。
本來我根本懶得理這種水平還出來賣萌秀下限的跳樑小丑的，不過有點擔心一些普通讀者平時遇到這種噴子時不知如何應對，我就普及一下基本常識：
密鑰的作用在於告訴接收方密文該如何解讀，我發一串anvsidjfn89wfu20938funaksjfnsd，如果不告訴你解讀方法，請問你怎麼去解讀這段信息是什麼意思？（我看過某三體同人小說，名字忘了，有一個情節是不懂得計謀的三體人監聽地球人的暗號時，通過地球詞典查出來某句話共有10萬多個可能潛在意思，氣得三體領導人直接罵娘說拋棄ETO太不應該了）
如果想繞開密鑰直接破解內容，唯一的可能就是原答案中第一部分提到的根據大量對稱式加密的密文歸納總結，猜出密鑰。但我也說過了，為了避免這種情況，即便是最原始的對稱式加密，也只需要時常將密鑰系統更新換代就可以了。然而量子通訊連這一步都不用，因為，傳統對稱式加密的密鑰是固定的所以才有可能被歸納總結出來，但量子通訊的密鑰是隨機的。（ @李睿彬曾在評論區提到過這一點，當時我認為連監聽本身都是不可能的這一點也就不是很重要所以也就沒在原答案中提，現在看來我高估了知乎噴子的平均智商，所以必須再把這一點單獨提一下）
認真看完原答案最後部分，我們會發現，每次通訊所獲得的密鑰結果，由篩選結果決定，而篩選結果是由完全隨機的光子收發方向決定的。因此每次通訊所獲得的密鑰都是隨機的，根這就意味著每次發送的密文的解讀方式都是隨機的。我就奇了怪了想像力是有多豐富才能覺得這種情況可以不通過密鑰直接破解密文內容？

最後，感謝 @馬騰指出的細節錯誤，641*6700417應該等於2^32+1，2^67-1應該等於的是193707721*761838257287，是我給記混了。感謝指出。

=============================原答案===================================

高票答案 @中國科普博覽的回答，把墨子號的意義描述地非常準確，但略有些文不對題。題主問的是墨子號的先進之處在哪裡。我就在這裡把墨子號的先進原理用簡潔的語言概述一下吧。

首先要明確的一點是，墨子號最大的意義在於利用不可破解的密鑰實現真正的信息加密，而目前最流行的RSA加密演算法的安全性受到了量子計算機技術的巨大挑戰。

首先簡要普及一下密碼學的歷史：

1977年之前的時間裡，加密手段是比較簡單的對稱式加密，原理就是信息發送方與接收方共享同樣一套解密程序。舉個簡單的例子：熊大要傳遞的信息是「cat」，解密程序是所有字母按字母表的順序後置一位，則熊大實際發送的加密信息就變成了「dbu」，熊二隻要根據這個解密程序就能判斷出信息內容是「cat」。

但這個方法的致命問題在於，為了保證熊大和熊二享有同樣的加密程序，必須經過一定的信息交流。並且為了防止光頭強根據大量的密文計算出密鑰，必須時常對密鑰系統進行更新換代，每一次更新換代都意味著一次新的信息交流。而只要存在這樣的信息交流，熊大熊二就有交流信息被光頭強截獲的風險（二戰期間，美軍正是截獲了日軍的解密程序，在日軍密碼系統升級之前破解了山本五十六的行程，及時將其擊斃）。除此之外，由於雙方密鑰的一致，只要光頭強在熊大這邊做一定的手腳破解了熊大的密鑰，熊二用來解密的密鑰也就順理成章地被發現了。因此對稱性密鑰的安全性一直不高。

1977年，三位天才發明了「非對稱式加密」，也就是RSA加密。這也是今天最流行的加密演算法。
RSA加密的原理，在於破解大數質因子非常不容易（著名的證偽費馬質數猜想的2^67-1=641*6700417，作為密碼的數破解起來比這個難幾億倍）。熊大熊二事前只需從質數表中挑選兩個足夠大的質數作為熊二的密鑰，將它們的乘積作為熊大的密鑰。這樣，一來由於破解大數質因子非常困難，因此便無需頻繁更換作為熊大密鑰的大數，避免了因頻繁升級造成的頻繁信息交流，幾乎不用擔心信息運輸過程中被光頭強截獲的問題。二來由於熊大與熊二的密鑰並不相同，光頭強即便知道了熊大的密鑰也不能因此破解熊二的密鑰（事實上，發送方的密鑰一般是公開的）。也因此避免了根據熊大密鑰反推熊二密鑰的可能。1977年至今，無數人嘗試過，但從沒有人成功通過破解質因數之外的演算法來攻破RSA加密技術，因此RSA技術由於其高度安全性，一直廣受歡迎。

然而，量子計算機的即將問世，將會改變這一切。
普通計算機破解大數質因子，難就難在無法進行並行計算，一次計算只能嘗試一種可能。然而量子計算機由於量子疊加態，可以同時進行多種計算。用薛定諤的貓的話語來打比方就是：普通的計算機只能分別嘗試一次貓活著或者貓死亡的情況，而量子計算機可以同時嘗試貓活著或者死亡都是什麼情況。這就好比一個人走迷宮，不同方向的分岔路只能嘗試一次，嘗試失敗後再返回嘗試其他路。而量子計算機就好比分身術，同時能讓一個人嘗試多條方向的路口。這樣量子計算機很明顯能很快走出迷宮。
因此，量子計算機由於其完爆普通計算機成千上萬倍的計算速度，在人類所探索到的質數範圍內，任何長度的大數，其質因子破解也不過是幾秒鐘的事。因此，只要李老闆給光頭強一台量子計算機，熊大熊二的密碼被破解就完全不在話下了。

為了阻止這種情況的發生，量子通信衛星終於橫空出世了！

量子衛星將信息加密的基本道理和最原始的對稱式加密其實基本是一樣的，但不同之處在於，通過量子衛星傳遞的密鑰是不可能被破解的。原因在於，量子信息發送過程中如果被光頭強攔截將會改變信息本身令信息異常，從而會被熊二察覺到。原理後面會詳細講。

量子衛星發送信息的步驟如下：

首先，熊大發送一枚以一定角度偏振（其實就是抖）的光子。並且有兩套規定：抖0°代表0bit，抖90°代表1bit；或者抖45°代表0bit，抖135°代表1bit。每次發送時具體使用哪套規定是隨機選擇的。

然後，熊二拿出一個「基」，形狀就是一塊正方形中間鑿個+形或x形的洞，作為接收熊大發射的光子的工具。由於熊二並不知道熊大發射光子時是按抖向哪個方向發射的，因此這時可能會發生兩種情況：如果熊大是按0°或90°發射的光子，熊二用+型基接收，或熊大按45°或135°發射，熊二用x型基接收，由於光子順利通過了基中間鑿的洞，熊二都會順利接收到正確的信息。而如果熊大發射的方向和熊二拿出的基鑿的洞的方向不一樣，由於量子的疊加態特性，在飛行中會坍縮成一個波函數。在遇到不符合其抖的方向的孔洞時，仍然會以一定概率以任何方向通過這個洞，而不是經典力學設想的那樣一頭撞在牆上通不過去（你可以想像光子在飛行中變成了一片波浪，即使遇到方向不合的通道，波浪中的水仍然會流過去），這樣熊二仍然會接收到信息，但由於以錯誤的方式通過通道改變了光子的偏振態（改變了抖的姿勢），因此這條信息也變成了錯誤的。

在發送信息完畢後，熊大熊二隻需用常規通訊手段，對照一下雙方發送和接收時的方案（即熊大是按0°90°方案發射還是按45°135°方案發射，熊二用那個形狀的基接收），就能判斷出那些信息是錯誤的。篩除掉錯誤的信息後，剩下的就是他們的密鑰。

這時，光頭強想，這樣的密碼破解起來不是很簡單嗎？我先觀測一下熊大發射時是什麼方向，再監聽你們對照時的通話，不就可以破解了嗎？

問題在於，觀測行為會改變光子的偏振狀態。

(註：果殼網的文章墨子號上天！關於量子通訊衛星你需要知道的5件事聲稱，如果竊聽者中途攔截會立刻被衛星發現。但我想了很久也沒想明白衛星通過什麼原理能發現飛行途中的光子偏振改變了。如果有哪位大神知道，麻煩您在評論區指教一下噢~ 據我所知，量子通訊衛星之所以能令攔截行為被發現，還應該是出於下面我所說的原理。)

如果光頭強每次都碰巧用和熊大同樣方向的基去觀測，那麼光子由於順利通過了基從而不會改變偏振狀態。但這種概率只有50％。隨著信息發送次數的增加，這不可能。

如果另外50％，即光頭強的基和熊大的方向不吻合呢？

熊二不會立刻發現光頭強觀測了光子，但由於光頭強的觀測，光子在抵達熊二處之前就已經改變了偏振狀態。從而本應代表0bit的百分之百出現在0°或45°的光子，以50％的概率錯誤出現在90°或135°的通道。因此光頭強的竊聽行動會有50％×50％=25％的概率導致熊大發送的熊二接收的信息不一致。這時候熊大熊二打過電話篩選出密鑰後，篩選後的密鑰可能存在25％的因為光頭強觀測而產生錯誤的光子信息，將會導致二人的密鑰很大程度上並不一致（會出現很多熊大記錄為0°，熊二卻記錄為90°的光子）。此時只要密鑰足夠長，二人交換一下各自的一部分密鑰對比，就能發現二者的密鑰有諸多不吻合之處。這時候就可以確信，光頭強曾竊聽過密鑰！這時熊大熊二隻要改變各種信息交流的條件（比如發送時間、接收地點、發射變化頻率等），總能找到光頭強無法竊聽的交流方式。這樣，信息絕對保密就實現了。哪怕光頭強有了量子計算機也無濟於事。

辛苦寫了這麼久，點個讚唄~

謝邀。

我們先從墨子這個名字談起好了。
量子衛星首席科學家潘建偉院士說，墨子最早提出光線沿直線傳播，設計了小孔成像實驗，奠定了光通信、量子通信的基礎。以中國古代偉大科學家的名字命名量子衛星，將提升我們的文化自信。

除去提升文化自信之外，墨子也代表著兼愛非攻，意即儘管我們是軍用但我們不會去侵犯你們，可你們也絕對攻不下來。畢竟量子傳輸「無條件安全，計算能力再強也破解不了」。
也就是說「墨子號」相較其它衛星通訊上保密工作更完善，解決了以往通訊作業中的保密大難題。
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量子通信是已在地面上實現的了，所以有的人說其實不過是把地面上有的東西搬到了天上而已，並沒有那麼高大上。

但其實不然。在地面上，光粒子在光纖中的傳播距離越長則損耗越大，而要達到量子通信真正實用，必須達到長距離傳輸。那麼墨子號就是為針對解決這一問題研發的，儘管目前還有不完善的地方，但總之我們作為量子通信大國始終在改進進步對嗎。

引用潘院士的話，即使存在超出目前技術水平的10G赫茲理想單光子源和100%探測效率的理想單光子探測器，在1000公里光纖中進行點對點量子通信，每300年也只能傳輸一個比特。「而用上衛星中轉，現有技術就能1秒傳送100k，隨著技術進步，將來1M，10M都有可能。」

2005年，潘院士即帶領團隊實現了13公里自由空間量子糾纏和密鑰分發實驗，證實光子穿透大氣層後，其量子態能夠有效保持，從而初步驗證了星地量子通信的可行性。
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總結一下就是兩點先進之處：
1，相較其他通訊衛星，「墨子號」保密工作更安全。
2，發射「墨子號」意味著我們初步解決了星地間量子通信的難題。

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那麼「墨子號」的職責是什麼呢？技術成熟以後又會對我們的生活造成什麼樣的改變？

「墨子號」在國際上率先實現高速的星地量子通信，為量子的全球互聯網奠定基石；

對量子物理基本問題進行空間尺度的檢驗，這會幫助科學家們加深對量子物理自身的理解。

至於會帶來的改變，等到量子保密通信技術普及到個人之後，
你就再也不用擔心你的遊戲帳號會被盜或者是銀行卡資金被盜取了。
而要等到這麼一天，其實並不遠，距設想大概是在2030年左右。

其實目前世界上存在唯一一種被證明無法破解的密碼，Vernam密碼體制，而這種密碼的實際使用需要傳送的絕對保密性。

個人並非量子通訊專業，也只能說些個人短見，如行外話業內人勿嘲笑。

想了解墨子號衛星的，強烈推薦下面這個講座啊。嘉賓是墨子號衛星的幾個主要負責人，首席科學家潘建偉、科學應用系統總師彭承志、衛星常務副總設計師王建宇。主持人是京滬幹線項目總工程師陳宇翱。

想要報名的話，關注微信公眾號墨子沙龍就好了，ID : MiciusSalon.
如果不能來參加現場講座的話，也可以看直播，或者後續整理的視頻。

這些人是真正改變世界的人。
早知道去讀科大了

看了半天首頁，都是吵著讓人重視量子衛星的，但是哪個都沒有講清楚量子加密技術有啥好處，都是不轉不是中國人的套路。之前看的科普記錄片找不到鏈接了，大意就是：量子加密就是只有的發信人和正確的收信人才能收到正確的信息，這段信息被竊取還是被攔截都無法讀出正確的內容，真正的一對一保密通信。

量子衛星是中國科學院空間科學先導專項首批科學實驗衛星之一，其主要科學目標是藉助衛星平台，進行星地高速量子密鑰分發實驗，並在此基礎上進行廣域量子密鑰網路實驗，以期在空間量子通信實用化方面取得重大突破；在空間尺度進行量子糾纏分發和量子隱形傳態實驗，開展空間尺度量子力學完備性檢驗的實驗研究。

歡迎點擊一言不合就換新密碼！ | 量子衛星成功發射 - 中科院之聲的文章 - 知乎專欄

了解一二

如今的通信多為數字通信，也就是說實際的傳輸就是0101的碼元。實際上我們是可以直接傳輸碼元的，成為基帶傳輸。但是直接傳輸會導致信號內容被直接發現，被干擾，被截獲，被篡改。
因此，我們給碼元以載波，幫他們變得適合在信道傳輸。最開始的載波就是正弦波，方便快捷。
後來人們對安全性要求越來越高，正弦波太簡單，容易被破解，因此相機繼提出了混沌通信，量子通信。
但是，不要忘記最開始的定義就是我們改變的是載波，碼元還是原來的碼元，本質還是比特傳遞。
而混沌讓你接收到的信號全是雜亂無章的，沒有同頻同相的解調器很難破譯，要想破譯也要花大量的時間，大概是0.0000000001的破解幾率。
而量子通信，其載波利用量子知識，根本無法破譯，將破解率降溫為0.達到絕對的安全。
單從這一點，發展量子通信是必要的，是我們能在通信這樣的傳統工業界走向前列的機會啊！應該大力發展，不能在固步自封，失去機會了。
至於對潘建偉對量子通信的報道，確實有些過頭了，看起來是高層在推。潘不僅僅是為了發展量子通信，他自己那麼大的團隊，養活那麼多博士生，研究生，買器材，撘平台那個不花錢，沒錢怎麼做研究。因此，也樂於成為報道的對象，對經費是很好的。
也許潘對量子做了一些誇大和矯枉過正，但是和他的貢獻比是微乎其微。考慮到現實因素，潘確實是不容易的。
也許做科研最大的困難不是課題上的，而在於人，在於和你爭奪有限資源的peer們。。。。。。

我從國內報道沒有獲得有價值的信息，我不能肯定這套東西的是幹什麼的。
比如說量子糾纏(Quantum_entanglement, zh:量子纏結)目前絕大多數的試驗都是小時空尺度的，與時空尺度無關的結論是 本次科學試驗 需要驗證的。然而事情還沒真的成功，媒體就欽定了(量子科學實驗衛星, "實現世界上首次衛星和地面之間的量子通信；首次驗證一對糾纏光子被分發到相距成千、甚至上萬公里的距離下仍可以保持糾纏的理論預言。")
所以缺乏細節的報導，就算傳遞得再快也是無價值的信息。

即便是這種概念向的問題，19個回答中能夠把概念範圍描述清楚的人勉強只有兩個。大概知乎能夠很好的解答這類問題的人已經越來越少了。

轉載：「不是保不了密，而是保了密也沒意義。這和地面傳輸還是空間傳輸沒關係。
量子糾纏保密的根本邏輯，就是你一旦竊聽，我得到信號就變成沒有任何意義的東西。或者說，我一旦收到了一堆無意義的亂碼，我就知道你在竊聽了。
這就是物理學家們眼裡的「保密」。
說白了，物理學家和通訊專家們對於「保密」的理解是完全不同的。物理學家的邏輯是：我設計一個完美無缺的裝置，當你偷我的雞蛋的時候，一定會把雞蛋打碎。所以我可以立刻知道你在偷我的雞蛋，而且還沒偷到這個雞蛋，雖然它被打碎了！而通訊專家需要的是：你偷不到我的雞蛋，我還能得到我的雞蛋！
潘建偉他們做的就是通過破壞雞蛋來保證沒人偷到雞蛋。這在通訊專家眼裡是非常可笑的事情。
具體到這個東西，打起仗來，敵人不用偷你的信息，敵人隨便搞搞干擾，你的就什麼信息也發不過去了。因為量子糾纏太脆弱了，其保密性就在於其脆弱性。」

參見：誰說的中國的量子衛星沒有量子糾纏的來？

看不懂，就想知道一點，在北京放個設備，在加勒比海的海底放個潛艇，潛艇里也放個設備。不用衛星，能實現兩個設備之間的每秒G比特級的通信么？

中國知識界一部分人，以自己淺薄和刻薄的言論，成功掩護了中國的崛起。——金燦榮
再這種問題下的回答，更是顯露無疑。

這逗X的回答找不到了，估計自己都覺得挺2??的。

@麥扣敢問這位「學識淵博」的大師為何要刪自己的回答呢？既然你這麼振振有詞為何不堅持自己觀點呢？
國外同行沒發賀電就代表中國搞的是垃圾，這邏輯也是杠杠的。如果西方人說中國人不是人，你是不是也乖乖去當畜牲？坐等你丫的來反駁。

謝邀。簡單來說其實就是把目前能用於信息傳輸的技術放在了上面，先進之處也就是量子信息接收和處理部分，而這在以前是從來沒有過的。
所以說這應該算是開創性的而不是具有先進性，因為之前沒有可參照的例子。而就目前的技術來看這顆衛星只能用於較底層的應用，由於目前量子比特的研究還不像普通的無線通信這麼成熟，也就支撐不了複雜的多層網路。
至於衛星的其他參數還沒有找資料去看，先留坑。

【首顆量子科學實驗衛星6大創新點】

①衛星平台額載荷複合3.5微弧度高精度捕獲跟蹤和光學對準技術;
②近衍射極限的天基量子光發射技術;
③天地一體高保真度偏振調控技術;
④天地亞納秒級的時間相對測量技術;
⑤天基高亮度量子糾纏源、量子調製和解調技術;
⑥星地2.5Gbps/5Gbps高速相干激光通信技術。

轉自微博