月球上的炊烟: 第二十七章 地球与月球之间的量子通讯

地球与月球之间的量子通讯

-月球上的炊烟第二十七章

那年国庆节，于立荣和旭骝春与第十批月球移民落地月球，在静海住所下榻落户。至那以后， 裘文英研究员被任命为光合与航天研究所的所长。 于立荣和旭骝春这对科学家伉俪，像似解甲归田，有了享受天伦之乐的大好时光。然，这正给了他俩大把大把的可支配时间，琢磨未来，追求梦想。 关于微观世界， 对它的研究和认知， 甚至那个领域的一举一动，都是于立荣的兴趣和密切关注之所在。她早就看好量子纠缠在通讯方面不可多得的优越性: 量子一旦处于相关的纠缠状态，它们的特性和举止都被整合在一起，当其中一个粒子发生变化时，另一个粒子也会相应地发生变化,  且不受它们之间距离远近的约束。基于此，如果能实现在地球与月球之间的量子通讯，比起传统通信，它的安全性和可靠性，无疑将是无与伦比的优越。这几年，研究所的发展顺畅，不愁为这项研究资金伤脑筋。 

于立荣意识到，着手规划在地球与月球之间的量子通讯的研究时机业已成熟，她将自己几年来的预想和深思熟虑拟写成初稿，呈送给裘文英所长和几位所领导以及各研究室， 集思广议征求评论。 而后，正式成文，通过研究所的学术委员会的最后认证，全票通过， 这个激动人心的课题终于列入研究所近期的主攻项目。于立荣的报告，确实可称得上是一幅描绘在地球与月球之间的量子通讯的蓝图，一项施工的细目， 一份不可多得的科学规划。 在传统的通讯中，信息是通过电磁波传输的，诸如无线电波、光信号等等。但在量子通讯中，信息是通过量子态传输的， 这种量子态可以利用量子纠缠等量子力学现象来实现信息传输和加密。具体地说，在地球和月球之间的量子通讯中，可以使用一对光子纠缠态来传输信息。这意味着， 当一个光子发生改变时，无论它们之间的距离有多远， 与之纠缠的另一方也会发生不折不扣的相应改变，这就是量子力学的属性，也是量子通讯优于自今以来传统通讯的要素。基于此，虽然，地球和月球之间相距约三十八万四千余公里之遥，对量子通讯来说仍不是问题 。通过操纵一个光子纠缠态，就将在另一个上传输信息，而且这种信息传输是无法被窃听。

于立荣选用了β 硼酸钡 (BBO) 晶体，将与中国科学院硅酸盐所联手， 获得这类合格的晶体， 做为发设激光的物质，让它在受激辐射下产生激光束而后分裂成两个纠缠光子， 其中一个光子被称为“信号光子”，另一个被称为“参考光子”，然后，将这两个光子分开，通过两个不同的光纤进行传输，分别传输到地球和月球的两个站点。为实现更高的传输效率和更好的保真度，将使用增强型纠缠光子对技术， 让多个晶体产生多对纠缠光子对，并将它们送入不同的通道中，以实现更高的传输效率和更好的保真度。为了保证光子对的纠缠状态稳定又不失真，将通过建立反馈控制系统，以此监测并及时纠偏。

运作程序确认后，学术委员会对于立荣提议的该课题人选做了详细讨论，对她提议的人选方案欣然无异: 深受人们爱戴的旭明达研究员被任命为该课题首席科学家，这些年，他脚不停步，科研成果层出不穷。自从他带领的团队，漫游银河系的考察凯旋而归以来，有半年有余，他正在整装戴发、投入新的研发；他的付将是一位早年任教于北京航空学院，后又在电讯行业工作多年的高级工程师， 吕经纬，他有实地应急解决问题的丰富经验，是一位不可多得的合适人选；课题组的其它四位，均为旭研究员团队的全班人马，只增选了一位女性，是刚从北京大学物理系毕业的应届高材生，薛胜男，加上曾经与旭研究员畅游银河系的朝阳女士， 五男两女、共七位大员，便踏上了启动这项史无先例课题的征途。

两年时光一闪而过，可对旭明达团队来说， 确是经历了爬山越领、沟坎重重的历程: 为了保持光子对的纠缠状态，减少传输过程中噪声干扰，旭研究员和吕总工反复琢磨研究，决定不惜工本，采用高精度的光学组件，诸如稳定的激光元件、超好质量的偏振器和反射镜等，以确保光子在传输过程中的相对相位和偏振状态的稳定性；在传输过程中，光子对可能会受到来自周围环境的噪声干扰，导致其纠缠状态被破坏，为了减少这种干扰，研究室将采用通用的隔离技术，通过光学隔离器、电磁屏蔽器和磁隔离器等，来隔离光子对和周围环境，排除噪声干扰；为了确保光子对的纠缠状态保持稳定，不至于发生漂移或失真，他们得注意及时调整光学组件的位置和角度，等等。   技术难关每每突破一个，课题目标就稳稳前移一程。这五男两女的团队，无不欢欣鼓舞，当他们完成一项任务后，又急不可待的期盼着下一轮起跑线的冲持点。

自从移民月球号角吹响至今，这几年来，在地球和月球之间的传统通信已从无到有，逐渐起步和改观。诚然，毕竟是在两个星球之间的来来往往，比起在五洲四海的地球上，仍十份逊色，无论是电话传真、还是电报以及计算机网络，都不能与之相比。看来， 在这个层面上而言， 如近期没有突破性进展，人们期盼的将月球建成像似人类第二家园的梦想成真仍很遥远。 老所长于立荣早就想到， 这是移民月球以后急待解决的燃眉之急；而量子通讯一旦扬帆起航，无论是从传输速度、安全性、还是从传送的距离等各方面， 都将远优于传统通讯。显而易见，量子通讯纯脆靠量子态通过纠缠光子传输信息，处在纠缠状态的光子是一个整合在一起的机体，它们其中某个光子有变化 ， 即使它们之间的距离近还是遥远，哪怕一点风吹草动，纠缠的另一方也会发生不折不扣的相应改变。这正给在地球与月球之间更远距离的通讯开创先河。可以想像，在太空探索的广泛天地里， 常常困绕的问题正是信号传送方与接收方的距离，如果间距超远，那麽，信号的衰变和噪声增幅将难以控制，而量子通讯是基于粒子纠缠的特性，以此就避免了这类麻烦；量子通讯不需要诸多的中转站，不但省能、省构建的花消，更令人欣慰的是，传递速度加快；量子通讯是利用量子力学理论中，量子隐形传态来实现，即高效又安全， 你有能力窃听确无能力破解。凡此种种，于立荣想到这些，想到量子通讯神话般的前境， 想到光合与航天研究所，接受自己的倡议，将这项研究投入巨资并任命精兵强将，心潮澎湃、无比激动。

量子通讯如能在地球和月球之间成为现实，对太空的探索将产生划时代的巨大影响。就开发火星而言， 在诸多星体中，无论从地理处境还是空间构造来评估， 火星与地球有更多类似之处，近年来，由于人们亲身体验着地球日渐衰败、恶梦重重的艰熬岁月，早就盯上它， 期盼有一天，能让火星成为地球村和人类的幸福家园。然而， 先不去评论它的大气层如何之薄、平均温度如何之低、要改头换面成为人们可居住之地， 其前期的通讯和搬迁将挑战多多、困难累累。就单单以火星与地球的距离而言，最近处也约5500万公里，这与地球和月球的38400万公里相比, 真可谓相形见绌、小巫见大巫了。这给开发火星将是不言而喻的巨大阻力。可是，量子通讯如能开启， 利用的是量子纠缠特性， 不受距离制约， 这将相当程度上消减长距离通讯的困惑。可以预料，在火星开发的进程中，量子通讯的威力必然会显露无疑。 难怪传说，有一位世界属目的顶级天才，他以改变世界而活着的志向、从事着改天换地的实事，”要麽不做，做就做到最好。 ” 他还承诺，要在火星上退休。他对火星成为地球村的坚定信念，当然来自于包括对微观世界认知的科学和技术。

于立荣和旭骝春，这对终身伴侣和永恒合伙人，对量子通讯给太空探索带来的丰盛实惠早已看在眼里、记在心里， 期待着他们的设想成功那一天: 到那时，信息传递将更安全可靠， 无论银行存储还是金融交易，当今防不甚防的黑客将走投无路；到那时，教育不再局限于一城一国，而是星际之间，学生获得广范的远程教育资源；到那时，在地球上的一场精彩的足球联赛，不管你坐在月球的新居所，还是在火星上过着退休生活，都能观赏享乐。

缜密的构思，圆满的策划，谨慎的蓝图，到所采用的科学技术与人才的落实，每推进一步，都事关成败。从开起至今，【地球与月球之间的量子通讯】这一课题已跨越两年，虽然在进程中，有惊险和困境，有爬坡和滑谷，最终进展确实令人振奋和赞赏。就在作天， 于立荣和旭骝春正在静海住所的小客厅里休闲下棋，忽然，那台早已放置在那儿、做为量子通讯开起成功、发出信号的小型电脑上，旭明达和几个队友出现在频幕上，满脸喜悦，齐声向两位老人报喜喊话:  ”地球与月球之间的量子通讯网落圆满输通， 下一步将全面开花，在各个通讯领域构建铺路，替代传统通讯……”两位老人看到图像，听到声音，喜出望外, 激动非凡。能在有生之年，构思和参与此类前沿科学探索，今天又获报喜成功，怎能不兴奋不己呢! 这时的他俩儿，从天而降的喜讯和突然暴发的幸福感交织在一起，喜不自胜，紧紧拥抱，情不自禁地哼起华尔兹舞曲， 缓缓的移动着优美的舞步，品味着成功的甜滋，可那音量的响度，确只有贴面的两人才能听得到；这要像在那些年，风华正茂的日子里，欢庆实验成功的喜悦，常常伴随的是，嘹亮的歌声和狂热的探戈。

仅仅刚过片刻，裘文英所长的声音、慷慨而激昂，传进两位老人的住处: 庆祝地球与月球之间的量子通讯网落建成的庆典将在明天举行，届时开启两星联网示屏，衷心欢迎每位参加共享。