​​与有荣焉——我和祖国的高光时刻：袁岚峰与墨子号量子卫星

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导读：大多数人可能没有意识到，量子信息是极少数的中国处于领跑地位的大的科技领域之一。

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建党百年，祖国有很多高光时刻。对我影响最大的之一，是2016年8月16日的“墨子号”量子科学实验卫星发射。

这件事对我的影响，是公众对量子科学产生了强烈的关注，许多媒体来找我采访，极大地促进了我的科学传播工作。经常看我的节目的观众会发现，我讲的领域特别广阔，既包括中国科技在世界上的地位这种宏观题目，也包括量子信息、核聚变、引力波、霍金辐射、青蒿素、高温超导、辛普森悖论、超级计算机、制药、疫苗、蓝眼睛岛问题、人工智能、地外行星、黎曼猜想、氢弹、黑洞、登月、宇宙学、孪生质数猜想、统计学、对撞机、火箭、航空发动机、石油、芯片、核战略、碳基半导体、亚铁氰化钾、北斗、火星探测、宇宙速度、FAST、石墨烯、网络安全、嫦娥五号、冷冻电镜、日本核污水排放、空间站、宇称不守恒等具体领域的科学知识。甚至在新冠疫情来临的时候，我都在这个我不熟悉的领域做了不少应急科普。但如果要问哪个领域我讲得最多，那回答就是量子信息，因为这是绝无仅有的一个我对它有深入了解、公众也对它有浓厚兴趣、而且有改变世界潜力的真正的未来科技。

大多数人可能没有意识到，量子信息是极少数的中国处于领跑地位的大的科技领域之一。如果看我国的科技新闻，当然可以看到大量的成果。但仔细研究一下就会发现，其中大部分都是追赶，都是别人已经做到了某件事，现在我们也做到了。用一个常见的说法，就是“me too”型的研究，我也行。这当然是有意义的，但光靠这种追赶型的成果永远不可能成为领先者。

我国只有少数的研究成果是领跑，即率先做到某件事。然而其中大部分又是通过加限定词做到的，如条件A、B、C、D下第一个做到某件事。如果A、B、C、D还不够，那再加个E。只要你的领域足够细分，那么你总能找到超越前人的地方，因为谁都不可能穷尽所有情况。爱因斯坦有一句名言：“我不能容忍这样的科学家，他拿出一块木板来，寻找最薄的地方，然后在那里钻许多洞。”但其实大多数科学工作者正是这么做的，人艰不拆啊！

然而量子信息却不是这样，中国在这个领域的领跑都是在主干道上，是所有人都想做的，不是加一堆限定词。例如墨子号是全世界第一颗实现星地之间量子保密通信的卫星，而且到目前为止仍然是唯一的一颗。有人以为是别的国家不想做，但其实完全不是这样，想做的国家多的是。

例如2017年，日本信息通信研究机构（National Institute ofInformation and Communication Technology，简称NICT）发射了一颗名叫“苏格拉底”（SOCRATES）的超小型卫星，号称实现了量子通信（https://mp.weixin.qq.com/s/h0X0Tz6Ijw-eWaxqi9q2cg）。日本媒体为此欢呼，宣称原本需要大型卫星的量子通信现在可以用更低成本的小型卫星来实现。

但我看了他们的论文（https://www.nature.com/articles/nphoton.2017.107）以及跟我国的量子信息研究者讨论后发现，日本这颗卫星并没有实现量子通信。

这里的关键在于，量子保密通信必须要一次只发一个光子，但日本的苏格拉底卫星由于跟地面的对准做得不够好，一次要发一亿个光子才能让地面收到信号。这就完全不能保密了。所以日本这颗卫星只能说是试验了一些与量子保密通信有关的技术，离实现量子保密通信还差十万八千里。定量地说，还差一亿倍。

而中国的墨子号就是实打实地实现了量子保密通信，因为它跟地面的对准做得非常好，一次只发一个光子就能让地面收到。例如看这张照片，墨子号与河北兴隆的地面站对准。其中绿光是兴隆站发出的信标光，红光是墨子号发出的信标光。请注意，信标光不是用来通信的，而是用来对准。因为通信用的是单光子，单光子是不可能让你看见的，如果看见了就意味着这个光子进入了你的眼睛，那就不可能被地面站接收到了。这里的红光排成一个扇形，是因为这张照片是多个时间的叠加，同时星星的移动也形成星轨，产生了美丽的艺术效果。

卫星相对地面不是静止的，而是在以几公里每秒的速度飞驰而过。所以这样的对准是非常困难的，好比“在五十公里外把一枚一角硬币扔进一列全速行驶的高铁上的一个矿泉水瓶里”。而中国做到了！请大家仔细想想，这是多么惊人的技术！

除了日本以外，德国、英国也在筹划发射量子通信卫星，但都还没有成功（https://mp.weixin.qq.com/s/zrXPdLg7VlywAlwWj1erIQ）。从2016年到现在已经5年了，所以我们领先他们至少5年。

如果单说中国做到了某某事情，许多人可能还意识不到这件事有多重要。但一旦你知道很多其他国家也在向这个方向努力，你就会明白它的重要程度了。所以很多时候，一个科技的先进程度，是在跟其他国家的对比中显示出来的。

当然，大多数人可能都是只听说过“量子”这个词，而对它的原理完全不懂。例如对于墨子号卫星，许多人不清楚它是干什么的。我以前做过很多期节目，所以在这里只简单地回答一下：墨子号实现了星地之间的量子保密通信，它是一种“无条件安全”的保密传输方法。无条件安全的意思，就是它不会被任何的数学方法破解。量子保密通信为什么能做到无条件安全，请参见我以前的节目（https://mp.weixin.qq.com/s/Y0d0z_DlWACKfu8myHvS2g）。​​​​