量子通信，这是吸货期么？

量子信息因其传输高效和绝对安全等特点，被认为是下一代IT技术的发展方向。基于我国近10年来在量子纠缠态、纠错、存储等核心领域的系列前沿性突破，中科院于2011年启动了空间科学战略性先导科技专项，力争在2015年左右发射全球首颗“量子通讯卫星”。

　　量子通信，简而言之就是一个量子的量子态变化信息会立刻被另一个量子接收到——这就是爱因斯坦著名的理论“距离中的幽灵行为”：好比是两张相隔10英里的纸张，人们在其中一张纸上书写的时候，另一张纸上会立刻显现所书写的信息。

　　“在高损耗的地面成功传输100公里，意味着在低损耗的太空传输距离将能达到1000公里以上，基本上解决了量子通讯卫星的远距离信息传输问题。”潘建伟团队成员彭承志介绍说，量子通讯卫星核心技术的突破，表明中国构建全球量子通信网络具备技术可行性。

　　2011年10月份，当潘建伟团队获得这一突破之后，国际光学权威杂志《光学快报》立即刊登文章称，中国在国际上首次解决了量子密钥分配过程的稳定性问题，经由实际通信光路实现了125公里单向量子密钥分配，这是迄今为止国际上最长距离的实用光纤量子密码系统。

　　在很长一段时间里，全球最风靡的电影及小说都是以间谍战和破译密码为主要内容，窃听、反窃听；加密、解密……很多人最关心的是，有没有绝对安全的保密通信，让窃听、破译者无计可施？美国《时代周刊》称，随着中国量子通信成功实现100公里传输，量子保密通信已经开始变成现实。

A quick Google search shows that the official Chinese news agency， Xinhau， revealed in March that its scientists were planning a quantum information and technology space experiment。 But the announcement did not give the name of the satellite and appears to have had little if any coverage in the west。

　　谷歌搜索显示中国官方的新华社在三月份透露他们的科学家正在计划一次量子信息和科技太空实验，但是声明没有给出卫星的名称，而且好象西方还没有任何涉足。

　　“We hope to establish a quantum communication network from Beijing to Vienna，” according to Jian-Wei， a plan that will presumably require significant co-operation from their arch-competitors in Europe。

　　“我们希望在北京到维也纳间建立一个量子通信网络，”按潘伟建所言，这是一个可能需要与他们欧洲的主要竞争对手进行重大合作的计划。

　　Last year， European scientists themselves proposed sending a quantum communications experiment to the International Space Station， an idea that could be beat the Chinese at their own game and would be relatively cheap and quick。 But whether this plan has gained traction isn’t clear。

　　去年，欧洲科学家们自己提议送一个量子通信实验设备到国际空间站上去，这个点子可以击败中国的那个游戏，也会相对便宜和快速，但是这个计划是否得到了推动还不清楚。

　　What is abundantly clear is that the quantum space race is rapidly hotting up。 But the embarrassing truth for American science is that the US isn’t yet a player in the quantum space race (at least not publicly)。 Perhaps that’s something that should change。

　　足够清楚的是量子太空竞赛正在迅速火起来，令美国科学家尴尬的事实是美国还不是一个量子太空竞赛的参与者（至少没公开），也许这是一个应当改变的事。

What’s curious about the Chinese announcement is that CHAMP deorbited in 2010。 So a curious question is when the team did this work。 Clearly， the team has been sitting on this result for some time。

　　对中国人的声明感到好奇的一点是CHAMP卫星在2010年已脱轨，所以一个奇妙的问题是，这个团队是何时做的这个实验，显然，这个团队已经持有这个结果一段时间了。

　　Why publish it now？ The answer may be a small but significant detail revealed in the final paragraph of the paper。 Here Jian-Wei and co announce that they plan to launch the first quantum science experiment into space。 The spacecraft is called the Chinese Quantum Science Satellite and it is scheduled for launch in 2016。

　　为什么现在公布它？答案可能是显示在文章最后段落中的一个小而重要的细节，在这里潘伟建和同事们宣布他们计划发射首个量子科学实验设施进入太空，这个航天器被称作中国量子科学卫星，它被计划于2016年发射。

That’s a significant stepping stone。 “Our results represent a crucial step towards the final implementation of high-speed QKD between the satellite and the ground stations， which will also serve as a test bed for secure intercontinental quantum communication，” say the Chinese team。

　　这是一块意义重大的垫脚石，"我们的成果为最终达成卫星与地面站之间的高速QKD展示了一个决定性的步骤，这将也可充当可靠的洲际量子通信的试验台。”这个中国团队说。

　　However， this experiment raises something of a puzzle。 The Chinese team say they used a German satellite called CHAMP for their experiment。 This was launched in 2000 and its mission was to make a precise gravity map of the Earth by bouncing lasers off it。

　　无论如何，这个实验揭示了某种迷一般的事物。中国团队说他们利用一个称为CHAMP的德国卫星进行他们的实验，这颗卫星发射于2000年，其任务是通过它反射激光制作一个精确的地球重力地图。

Obviously， many of the returning photons would also be absorbed by the Earth’s atmosphere。 So the pulse was repeated many millions of times a second。

　　The result， say Jian-Wei and co， is that they were able to detect the returning photons at a rate of about 600 per second。 “These results are suf？cient to set up an unconditionally secure QKD link between satellite and earth， technically，” they add。

　　显然，一些返回的光量子也会被地球大气层吸收，所以脉冲每秒重复数百万次。

　　潘建伟和他的同事说，结果，他们能探测到返回的光量子的速率大约在每秒600。“在技术上，这个结果对建立一个无条件安全的星地量子密钥分配（QKD）连接是很重要的。”他们又说。

Of course， the Earth’s atmosphere absorbs a very high percentage of the photons transmitted from the ground。 So Jian-Wei and produced each pulse with just enough photons so that， on average， just one would reach the satellite and be reflected back to Earth。 The idea was to simulate the satellite itself sending single photons to the surface。

　　Each pulse began its journey from Earth with about 1 billion photons and， on average， just one started the return journey。

　　当然，地球的大气层吸收了很高比例的从地面发射的光量子，所以，潘建伟使每个脉冲携带正好足够的光量子，以便平均起来正好有一个能到达卫星并被反射回地球。

　　每个脉冲从地球出发时大约有10亿个光量子，平均起来，只有一个会开始其返回行程。

Today， the Chinese claim another small victory in this quantum space race。 Jian-Wei Pan at the University of Science and Technology of China in Shanghai and a few pals say they’ve bounced single photons off an orbiting satellite and detected them back on Earth。 That’s significant because it simulates a satellite sending single photons from orbit to the surface， crossing off another proof-of-principle milestone in their quantum checklist。

　　今天，中国人声称拥有这个量子空间竞赛的另一个小胜利，在上海的中国科技大学，潘建伟和几个同伴说，他们已经使光量子从一个在轨卫星反弹并探测到他们回到了地球。这有着重大意义，因为它模拟了一颗卫星从轨道向地球表面发送单个光量子的情形，在他们的量子研究清单中完成了又一次理论论证的里程碑。

　　The experiment is simple in principle。 These guys have two telescopes in a binocular formation which they pointed at a satellite orbiting at an altitude of 400 kilometres。 This satellite is covered with reflectors capable of bouncing a laser beam from Earth back to its original location。

　　They used one of the telescopes to send pulses of light towards the satellite and the other， with a diameter of 60 cm， to look for the reflection。

　　这个实验在原理上是简单的。他们有两个并列结构的望远镜指向400公里高度轨道上的一颗卫星，这颗卫星覆盖着能反射激光束回到原处的反射器。

　　他们利用一支望远镜向卫星发射光脉冲，直径60厘米的另一个去探寻其反射。

For the moment， however， quantum cryptography works only over distances of 100 km or so。 That’s how far it is possible to send the single photons that carry quantum messages through an optical fibre or through the atmosphere。

　　目前，无论如何，量子密码的工作距离仅仅大约100公里，这是携带量子信息的单个光量子通过光纤或大气层可能被发送到的最远距离。

　　Last year， we watched as European and Chinese physicists battled to claim the distance record for this technology with the Europeans finally triumphing by setting up a quantum channel over 143 kilometres through the atmosphere。

　　去年，我们留意到欧洲和中国的物理学家争相声称拥有这项技术的距离记录，最终欧洲人以建立穿过大气层的超过143公里的量子通道而取得领先。

　　That distance is a good fraction of the way into space。 And the reason that’s important is that it’s a stepping stone to sending quantum messages to orbiting satellites which can then route the messages to almost anywhere else on the planet。

　　这个距离是进入太空之路的良好的一步，原因是它的重要性，它是一个发送量子信息到能分送信息至地球各处的在轨卫星的踏脚石。

The ability to send perfectly secure messages from one location on the planet to another has obvious and immediate appeal to governments， the military and various commercial organisations such as banks。 This capability is already possible over short distances thanks to the magic of quantum cryptography， which guarantees the security of messages， at least in theory。

　　从这个星球的一处地点完美可靠的发送信息到另一处的能力显然对政府，军方和银行之类的各种商业机构有直接的吸引力，由于量子密码的魔力，这种能力已经在短期内有可能变成现实，至少在理论上，它可以确保信息的安全。