地球与月球之间的量子通讯

科幻小说月球上的炊烟第二版在瑞典出版 (Publit.se)                                       

            新增第二十六章: 地球与月球之间的量子通讯     

 

       早在莫斯科大学读书的时候，于立荣对量子力学就开始一知半解的有所知晓，这不仅是因为它是基楚课的一门，应该说，与她所学的专业息息相关，其实，“植物光合作用过程”就是由光子驱动而起步，而光子正是量子力学的最小单位. 后来又接触到激光，还参加了专业培训，对激光学科很为诱惑并兴趣浓浓. 致此，后来在激光领域着实花弗了不少精力並取得些心满意足的成果.

        其实，早在一百多年前，量子力学的概念就已经出现，那是两位科学巨星：尼尔斯. 玻尔和阿尔伯特. 爱因斯坦，历经不短时间的争辩和科学取证，使“量子” 概念耸立于世. 后来，海森堡的矩阵方程，薛定谔的波动方程，以及马克斯. 玻恩对波函数的统计解说，整合在一起， 奠定了量子力学理论基础。 与它对应的古典理论缕受颠覆。

       近年来，由于人们对量子力学的深入探讨和解读，对它的威力越来越惊叹不已.量子科技在几个重要领域发展很快，尤其是在量子通讯方面， 世界上不只一个国家已有实际应用实例， 诸如在美国的芝加哥的十公里量子通讯，荷兰的量子网络，中国的京沪干线等. 主要着眼于量子的两大特性，那就是量子纠缠和量子叠加，掀起了量子力学第二次革命.

         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.自那以后，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.

       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，逐渐起始和改善. 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分逊色，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。显然，就这一层面上而言，如近期没有突破性进展，人们期盼的将月球建成像似地球一样的第二家园的梦想成真将仍很遥远. 老所长于立荣早就想到了这个棘手问题. 应该说, 它是移民月球以后必需解决的燃眉之急. 于立荣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。开发应用这一原理于通讯，便是量子通讯。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，它的快速、安全性和可靠性, 无疑将是无与伦比的优越，因为有它那独特的纠缠和叠加属性，在信号传送过程中，既不能被拦截，也无法被阻断和复制， 这正是古典通信所採用的数字加密系统望尘莫及的.于立荣和旭骝春对量子通讯将给太空探索带来的巨大推动和丰盛收益早已深思熟虑，把它纳入建设人类第二家园的规划中,拟是当务之急，况且，这几年研究所的发展顺畅，已具有所需的资金来进行这项研究. 于是，她将自己几年来的预想和思考拟写成初稿，呈送给裘文英所长和几位所领导以及各研究室，集思广益,征求意见. 而后，正式撰写成文，在研究所的学术委员会的最后认证时得到全票通过. 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送, 通过整合在一起的纠缠量子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，可以使用一对或多对处于纠缠态的光子来传输信息. 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，信息就会传递给与它处于纠缠态的另一个光子，于立荣在报告中还指明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面临日趋增多的灾难，早就期盼有一天，能让火星成为人类的幸福家园。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、困难重重；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38万4千公里相比,  后者真可谓小巫见大巫了。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，这将相当程度上消除长距离通讯的困惑, 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瞩目的顶级天才，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，无疑也来自于包括对微观世界认知的科学和技术.

         对于自己的实施计划, 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, 做为发射激光的物质, 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送，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，让多个晶体产生多个纠缠光子对，并将它们送入不同的通道中，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接受：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，半年有余，他正在整装待发、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，确是经历了翻山越嶺，跨过重重沟坎的历程: 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，来隔离光子对与周围环境，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，必需得注意及时调整光学组件的位置和角度，等等。技术难关每每被突破一个，课题目标就稳稳前移一程. 当他们完成一个階段的任务后，又急不可待的朝下一个階段的目标奋进…….

        就在昨天, 于立荣和旭骝春正在静海住所的小客厅里休闲下棋，忽然间，那台早已放置在那儿、做为量子通讯课题组研究动向监控的小型电脑上，旭明达和几个队友出现在视频上, 满脸喜悦，齐声向两位老人喊话报喜:“地球与月球之间的量子通讯网络现已开通，下一步将在各个通讯领域全面开花……”

        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，参与此类前沿科学探索的构思和设计，今天又获报喜成功，怎能不兴奋不已呢! 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，情不自禁地缓缓移动起舞步，哼起华尔兹舞曲，品味着成功的甜滋。可那轻微的声音，脚下飘柔的动作，确只有贴面的两人才能感受得到，这要是像在那些年、那些风华正茂的日子里，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: “庆祝网络建成的庆典将在明天举行，届时开启两星联网视屏，衷心欢迎二佬参加共享……”.