月球上的炊煙: 第二十七章 地球與月球之間的量子通訊

地球與月球之間的量子通訊

-月球上的炊煙第二十七章

那年國慶節，於立榮和旭騮春與第十批月球移民落地月球，在靜海住所下榻落戶。至那以後， 裘文英研究員被任命為光合與航天研究所的所長。 於立榮和旭騮春這對科學家伉儷，像似解甲歸田，有了享受天倫之樂的大好時光。然，這正給了他倆大把大把的可支配時間，琢磨未來，追求夢想。 關於微觀世界， 對它的研究和認知， 甚至那個領域的一舉一動，都是於立榮的興趣和密切關注之所在。她早就看好量子糾纏在通訊方麵不可多得的優越性: 量子一旦處於相關的糾纏狀態，它們的特性和舉止都被整合在一起，當其中一個粒子發生變化時，另一個粒子也會相應地發生變化,  且不受它們之間距離遠近的約束。基於此，如果能實現在地球與月球之間的量子通訊，比起傳統通信，它的安全性和可靠性，無疑將是無與倫比的優越。這幾年，研究所的發展順暢，不愁為這項研究資金傷腦筋。 

於立榮意識到，著手規劃在地球與月球之間的量子通訊的研究時機業已成熟，她將自己幾年來的預想和深思熟慮擬寫成初稿，呈送給裘文英所長和幾位所領導以及各研究室， 集思廣議征求評論。 而後，正式成文，通過研究所的學術委員會的最後認證，全票通過， 這個激動人心的課題終於列入研究所近期的主攻項目。於立榮的報告，確實可稱得上是一幅描繪在地球與月球之間的量子通訊的藍圖，一項施工的細目， 一份不可多得的科學規劃。 在傳統的通訊中，信息是通過電磁波傳輸的，諸如無線電波、光信號等等。但在量子通訊中，信息是通過量子態傳輸的， 這種量子態可以利用量子糾纏等量子力學現象來實現信息傳輸和加密。具體地說，在地球和月球之間的量子通訊中，可以使用一對光子糾纏態來傳輸信息。這意味著， 當一個光子發生改變時，無論它們之間的距離有多遠， 與之糾纏的另一方也會發生不折不扣的相應改變，這就是量子力學的屬性，也是量子通訊優於自今以來傳統通訊的要素。基於此，雖然，地球和月球之間相距約三十八萬四千餘公裏之遙，對量子通訊來說仍不是問題 。通過操縱一個光子糾纏態，就將在另一個上傳輸信息，而且這種信息傳輸是無法被竊聽。

於立榮選用了β 硼酸鋇 (BBO) 晶體，將與中國科學院矽酸鹽所聯手， 獲得這類合格的晶體， 做為發設激光的物質，讓它在受激輻射下產生激光束而後分裂成兩個糾纏光子， 其中一個光子被稱為“信號光子”，另一個被稱為“參考光子”，然後，將這兩個光子分開，通過兩個不同的光纖進行傳輸，分別傳輸到地球和月球的兩個站點。為實現更高的傳輸效率和更好的保真度，將使用增強型糾纏光子對技術， 讓多個晶體產生多對糾纏光子對，並將它們送入不同的通道中，以實現更高的傳輸效率和更好的保真度。為了保證光子對的糾纏狀態穩定又不失真，將通過建立反饋控製係統，以此監測並及時糾偏。

運作程序確認後，學術委員會對於立榮提議的該課題人選做了詳細討論，對她提議的人選方案欣然無異: 深受人們愛戴的旭明達研究員被任命為該課題首席科學家，這些年，他腳不停步，科研成果層出不窮。自從他帶領的團隊，漫遊銀河係的考察凱旋而歸以來，有半年有餘，他正在整裝戴發、投入新的研發；他的付將是一位早年任教於北京航空學院，後又在電訊行業工作多年的高級工程師， 呂經緯，他有實地應急解決問題的豐富經驗，是一位不可多得的合適人選；課題組的其它四位，均為旭研究員團隊的全班人馬，隻增選了一位女性，是剛從北京大學物理係畢業的應屆高材生，薛勝男，加上曾經與旭研究員暢遊銀河係的朝陽女士， 五男兩女、共七位大員，便踏上了啟動這項史無先例課題的征途。

兩年時光一閃而過，可對旭明達團隊來說， 確是經曆了爬山越領、溝坎重重的曆程: 為了保持光子對的糾纏狀態，減少傳輸過程中噪聲幹擾，旭研究員和呂總工反複琢磨研究，決定不惜工本，采用高精度的光學組件，諸如穩定的激光元件、超好質量的偏振器和反射鏡等，以確保光子在傳輸過程中的相對相位和偏振狀態的穩定性；在傳輸過程中，光子對可能會受到來自周圍環境的噪聲幹擾，導致其糾纏狀態被破壞，為了減少這種幹擾，研究室將采用通用的隔離技術，通過光學隔離器、電磁屏蔽器和磁隔離器等，來隔離光子對和周圍環境，排除噪聲幹擾；為了確保光子對的糾纏狀態保持穩定，不至於發生漂移或失真，他們得注意及時調整光學組件的位置和角度，等等。   技術難關每每突破一個，課題目標就穩穩前移一程。這五男兩女的團隊，無不歡欣鼓舞，當他們完成一項任務後，又急不可待的期盼著下一輪起跑線的衝持點。

自從移民月球號角吹響至今，這幾年來，在地球和月球之間的傳統通信已從無到有，逐漸起步和改觀。誠然，畢竟是在兩個星球之間的來來往往，比起在五洲四海的地球上，仍十份遜色，無論是電話傳真、還是電報以及計算機網絡，都不能與之相比。看來， 在這個層麵上而言， 如近期沒有突破性進展，人們期盼的將月球建成像似人類第二家園的夢想成真仍很遙遠。 老所長於立榮早就想到， 這是移民月球以後急待解決的燃眉之急；而量子通訊一旦揚帆起航，無論是從傳輸速度、安全性、還是從傳送的距離等各方麵， 都將遠優於傳統通訊。顯而易見，量子通訊純脆靠量子態通過糾纏光子傳輸信息，處在糾纏狀態的光子是一個整合在一起的機體，它們其中某個光子有變化 ， 即使它們之間的距離近還是遙遠，哪怕一點風吹草動，糾纏的另一方也會發生不折不扣的相應改變。這正給在地球與月球之間更遠距離的通訊開創先河。可以想像，在太空探索的廣泛天地裏， 常常困繞的問題正是信號傳送方與接收方的距離，如果間距超遠，那麽，信號的衰變和噪聲增幅將難以控製，而量子通訊是基於粒子糾纏的特性，以此就避免了這類麻煩；量子通訊不需要諸多的中轉站，不但省能、省構建的花消，更令人欣慰的是，傳遞速度加快；量子通訊是利用量子力學理論中，量子隱形傳態來實現，即高效又安全， 你有能力竊聽確無能力破解。凡此種種，於立榮想到這些，想到量子通訊神話般的前境， 想到光合與航天研究所，接受自己的倡議，將這項研究投入巨資並任命精兵強將，心潮澎湃、無比激動。

量子通訊如能在地球和月球之間成為現實，對太空的探索將產生劃時代的巨大影響。就開發火星而言， 在諸多星體中，無論從地理處境還是空間構造來評估， 火星與地球有更多類似之處，近年來，由於人們親身體驗著地球日漸衰敗、惡夢重重的艱熬歲月，早就盯上它， 期盼有一天，能讓火星成為地球村和人類的幸福家園。然而， 先不去評論它的大氣層如何之薄、平均溫度如何之低、要改頭換麵成為人們可居住之地， 其前期的通訊和搬遷將挑戰多多、困難累累。就單單以火星與地球的距離而言，最近處也約5500萬公裏，這與地球和月球的38400萬公裏相比, 真可謂相形見絀、小巫見大巫了。這給開發火星將是不言而喻的巨大阻力。可是，量子通訊如能開啟， 利用的是量子糾纏特性， 不受距離製約， 這將相當程度上消減長距離通訊的困惑。可以預料，在火星開發的進程中，量子通訊的威力必然會顯露無疑。 難怪傳說，有一位世界屬目的頂級天才，他以改變世界而活著的誌向、從事著改天換地的實事，”要麽不做，做就做到最好。 ” 他還承諾，要在火星上退休。他對火星成為地球村的堅定信念，當然來自於包括對微觀世界認知的科學和技術。

於立榮和旭騮春，這對終身伴侶和永恒合夥人，對量子通訊給太空探索帶來的豐盛實惠早已看在眼裏、記在心裏， 期待著他們的設想成功那一天: 到那時，信息傳遞將更安全可靠， 無論銀行存儲還是金融交易，當今防不甚防的黑客將走投無路；到那時，教育不再局限於一城一國，而是星際之間，學生獲得廣範的遠程教育資源；到那時，在地球上的一場精彩的足球聯賽，不管你坐在月球的新居所，還是在火星上過著退休生活，都能觀賞享樂。

縝密的構思，圓滿的策劃，謹慎的藍圖，到所采用的科學技術與人才的落實，每推進一步，都事關成敗。從開起至今，【地球與月球之間的量子通訊】這一課題已跨越兩年，雖然在進程中，有驚險和困境，有爬坡和滑穀，最終進展確實令人振奮和讚賞。就在作天， 於立榮和旭騮春正在靜海住所的小客廳裏休閑下棋，忽然，那台早已放置在那兒、做為量子通訊開起成功、發出信號的小型電腦上，旭明達和幾個隊友出現在頻幕上，滿臉喜悅，齊聲向兩位老人報喜喊話:  ”地球與月球之間的量子通訊網落圓滿輸通， 下一步將全麵開花，在各個通訊領域構建鋪路，替代傳統通訊……”兩位老人看到圖像，聽到聲音，喜出望外, 激動非凡。能在有生之年，構思和參與此類前沿科學探索，今天又獲報喜成功，怎能不興奮不己呢! 這時的他倆兒，從天而降的喜訊和突然暴發的幸福感交織在一起，喜不自勝，緊緊擁抱，情不自禁地哼起華爾茲舞曲， 緩緩的移動著優美的舞步，品味著成功的甜滋，可那音量的響度，確隻有貼麵的兩人才能聽得到；這要像在那些年，風華正茂的日子裏，歡慶實驗成功的喜悅，常常伴隨的是，嘹亮的歌聲和狂熱的探戈。

僅僅剛過片刻，裘文英所長的聲音、慷慨而激昂，傳進兩位老人的住處: 慶祝地球與月球之間的量子通訊網落建成的慶典將在明天舉行，屆時開啟兩星聯網示屏，衷心歡迎每位參加共享。