地球與月球之間的量子通訊

科幻小說月球上的炊煙第二版在瑞典出版 (Publit.se)                                       

            新增第二十六章: 地球與月球之間的量子通訊     

 

       早在莫斯科大學讀書的時候，於立榮對量子力學就開始一知半解的有所知曉，這不僅是因為它是基楚課的一門，應該說，與她所學的專業息息相關，其實，“植物光合作用過程”就是由光子驅動而起步，而光子正是量子力學的最小單位. 後來又接觸到激光，還參加了專業培訓，對激光學科很為誘惑並興趣濃濃. 致此，後來在激光領域著實花弗了不少精力並取得些心滿意足的成果.

        其實，早在一百多年前，量子力學的概念就已經出現，那是兩位科學巨星：尼爾斯. 玻爾和阿爾伯特. 愛因斯坦，曆經不短時間的爭辯和科學取證，使“量子” 概念聳立於世. 後來，海森堡的矩陣方程，薛定諤的波動方程，以及馬克斯. 玻恩對波函數的統計解說，整合在一起， 奠定了量子力學理論基礎。 與它對應的古典理論縷受顛覆。

       近年來，由於人們對量子力學的深入探討和解讀，對它的威力越來越驚歎不已.量子科技在幾個重要領域發展很快，尤其是在量子通訊方麵， 世界上不隻一個國家已有實際應用實例， 諸如在美國的芝加哥的十公裏量子通訊，荷蘭的量子網絡，中國的京滬幹線等. 主要著眼於量子的兩大特性，那就是量子糾纏和量子疊加，掀起了量子力學第二次革命.

         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.自那以後，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.

       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，逐漸起始和改善. 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分遜色，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。顯然，就這一層麵上而言，如近期沒有突破性進展，人們期盼的將月球建成像似地球一樣的第二家園的夢想成真將仍很遙遠. 老所長於立榮早就想到了這個棘手問題. 應該說, 它是移民月球以後必需解決的燃眉之急. 於立榮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。開發應用這一原理於通訊，便是量子通訊。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，它的快速、安全性和可靠性, 無疑將是無與倫比的優越，因為有它那獨特的糾纏和疊加屬性，在信號傳送過程中，既不能被攔截，也無法被阻斷和複製， 這正是古典通信所採用的數字加密係統望塵莫及的.於立榮和旭騮春對量子通訊將給太空探索帶來的巨大推動和豐盛收益早已深思熟慮，把它納入建設人類第二家園的規劃中,擬是當務之急，況且，這幾年研究所的發展順暢，已具有所需的資金來進行這項研究. 於是，她將自己幾年來的預想和思考擬寫成初稿，呈送給裘文英所長和幾位所領導以及各研究室，集思廣益,征求意見. 而後，正式撰寫成文，在研究所的學術委員會的最後認證時得到全票通過. 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送, 通過整合在一起的糾纏量子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，可以使用一對或多對處於糾纏態的光子來傳輸信息. 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，信息就會傳遞給與它處於糾纏態的另一個光子，於立榮在報告中還指明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麵臨日趨增多的災難，早就期盼有一天，能讓火星成為人類的幸福家園。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、困難重重；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38萬4千公裏相比,  後者真可謂小巫見大巫了。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，這將相當程度上消除長距離通訊的困惑, 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矚目的頂級天才，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，無疑也來自於包括對微觀世界認知的科學和技術.

         對於自己的實施計劃, 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, 做為發射激光的物質, 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送，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，讓多個晶體產生多個糾纏光子對，並將它們送入不同的通道中，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接受：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，半年有餘，他正在整裝待發、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，確是經曆了翻山越嶺，跨過重重溝坎的曆程: 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，來隔離光子對與周圍環境，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，必需得注意及時調整光學組件的位置和角度，等等。技術難關每每被突破一個，課題目標就穩穩前移一程. 當他們完成一個階段的任務後，又急不可待的朝下一個階段的目標奮進…….

        就在昨天, 於立榮和旭騮春正在靜海住所的小客廳裏休閑下棋，忽然間，那台早已放置在那兒、做為量子通訊課題組研究動向監控的小型電腦上，旭明達和幾個隊友出現在視頻上, 滿臉喜悅，齊聲向兩位老人喊話報喜:“地球與月球之間的量子通訊網絡現已開通，下一步將在各個通訊領域全麵開花……”

        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，參與此類前沿科學探索的構思和設計，今天又獲報喜成功，怎能不興奮不已呢! 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，情不自禁地緩緩移動起舞步，哼起華爾茲舞曲，品味著成功的甜滋。可那輕微的聲音，腳下飄柔的動作，確隻有貼麵的兩人才能感受得到，這要是像在那些年、那些風華正茂的日子裏，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: “慶祝網絡建成的慶典將在明天舉行，屆時開啟兩星聯網視屏，衷心歡迎二佬參加共享……”.