高翔宇

未來某一天，心儀某個人，你卻不敢當面告訴她。猶猶豫豫，拿起手機，撥通號碼……

嘟、嘟、嘟……歇菜，電話無法接通！

未來某一天，肚子咕咕叫，毫不猶豫，手機外賣！

你好，請給我一份荷葉炒飯，多一點荷葉，少一點飯！

喂、喂、喂……能聽見嗎？

怪天、怪地、怪運氣，好意思嘛！通信科技日新月異的今天，只怪你的手機少了個“G”。

G是什么？G是英文單詞“Generation”——“時代”的意思。

在傳統(tǒng)英語中，約定俗成，30年為一個時代。不過，在高科技的通信領(lǐng)域，這一時限早已成為笑談。在我們身邊，手機普及不過十多年，但是你知道移動通信技術(shù)已經(jīng)發(fā)展了多少代嗎？

問問家長你便知道，手機通信從1G時代：嘟嘟嘟、喂喂喂，到今天4G時代全球暢聊：天涯海角、Hello、你好……

我們的通信生活，已經(jīng)發(fā)生了翻天覆地的變化。

看不見、摸不著的巨大飛躍，在你的耳邊、身邊，直到天邊……

人類通信到底發(fā)生了怎樣驚天動地的變化？我們能用直觀的方式窺見一二嗎？

別著急，幾位頂級科學(xué)家正在發(fā)聲，帶你走進一個意想不到的科學(xué)世界！

移動通信 “一劍”升級

“Hello，是科學(xué)家嗎……”

“裝模作樣，找我啥事？”

殷姍姍——本記者的好朋友，畢業(yè)于中國科技大學(xué)，諾基亞全球通信高級工程師，致力于手機通信升級研發(fā)的科學(xué)家。

那些我們聽不懂的通信領(lǐng)域科學(xué)術(shù)語，在她那里，就像是柴米油鹽醬醋茶，熟悉得不能再熟悉。

對于通信技術(shù)翻天覆地的變化，她可見怪不怪，因為她每天都在見“怪”。

她的工作有多怪？讓她自己告訴你吧。

“簡單點說，我們的工作就是讓大家體驗到令人驚嘆的移動通信科技?！?/p>

“那會是怎樣的體驗？能給我們描述一下嗎？”

“這么說吧，我們的工作好比在開發(fā)一種高速通信公路。這種高速通信公路一旦建成，你走在大街上，臨近的店鋪會自動給你的手機發(fā)送信息，手機則根據(jù)你的喜好，智能地選擇信息。不僅如此，你家中的冰箱、微波爐、空調(diào)、門窗……所有的設(shè)備都可以和你的手機互聯(lián)互通，為你打造一個智能的生活環(huán)境。路燈、垃圾筒、廣告牌……到處都可以設(shè)置無線網(wǎng)絡(luò)傳感器，并形成一張全時段、多手段的立體監(jiān)控網(wǎng)，比現(xiàn)在街頭攝像頭要強得多。在這種高速互聯(lián)的環(huán)境中，僅憑移動通信，就能實現(xiàn)。”

“這么說來，壞蛋可是無處躲藏啦，警察有可能會失業(yè)哦！”

“你這可是杞人憂天！不過，精彩遠遠不止這些。要知道，通信技術(shù)的革新會讓信息速度成千倍提高。手機不但可以打電話，還可以和很多設(shè)備互聯(lián)互通，這也是從1G時代到4G時代，最能觸摸的不同。”

“嗯，聽起來很棒！但是，很奇怪，我們的手機已經(jīng)用上了4G技術(shù)，卻沒有體驗到描述中的神奇！”

“這個不難解釋！舉個例子來說，電腦剛剛誕生的時候，又大又笨，‘跑得還慢，個頭足足有一間房子那么大。隨著科技的發(fā)展，電腦變得越來越小，很重要的一個因素是電腦硬件變得越來越小。就拿電腦處理器來說吧，現(xiàn)在，只有一個指甲蓋那么大呢。通信技術(shù)的革新也是這樣，首先是基站越變越小?！?/p>

“能給我們解釋一下什么是基站嗎？”

“通信基站，有點像古代的‘驛站，它可以幫助傳遞信號。只是這個家伙‘腳不沾地，被安裝在離地面15～50米的建筑物或發(fā)射塔上。簡單點說，就是移動通信無線天線啦！”

“我們小區(qū)就有這樣的基站。”

“沒錯，基站多了，‘驛站就多了，這樣信息中轉(zhuǎn)起來可以更加清晰快捷。移動通信時，喂喂喂、嘟嘟嘟的狀況會大大減少?！?/p>

“難道僅僅因為基站嗎？”

“當然不是。通信技術(shù)更重要的秘密其實藏在信號源——電磁波中，這種電磁波在移動通信領(lǐng)域被稱為射頻?！?/p>

“射頻？”

“射頻和聲音一樣，是一種信號源。我們要做的工作就是讓射頻的‘聲音強大清晰，不受干擾，然后，通過基站發(fā)送出去。”

“強大清晰？怎么才能做到呢？”

“這就需要通過軟件來實現(xiàn)，需要我們和計算機對話，尋找程序的BUG！”

“BUG又是什么？”

“BUG就是程序漏洞。我們一天的工作就是——消滅通信中的程序漏洞，有時消滅3個，有時消滅5個，再用設(shè)備反復(fù)檢驗，確定漏洞消滅，才會投入應(yīng)用。的確，4G時代依然不夠強大，還有很多漏洞需要消滅。我們就像‘修路工人，修補拓寬通信公路，迎接5G時代，甚至6G時代……那個時候，神奇的感覺召之即來哦。”

“我覺得你們更像是‘劍客，一劍一劍刺死危害通信技術(shù)的各種BUG，日積月累，打怪升級。因為有你們，移動通信從‘喂喂喂、嘟嘟嘟變得越來越清晰快捷，這也是移動通信G時代不斷升級的秘密吧！”

在未來的通信領(lǐng)域，還有更厲害的劍客嗎？

稍安勿躁，馬上出場……

量子通信 “劍神”出招

2016年8月16日1時40分，我國長征二號丁運載火箭成功將世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空?！澳犹枴毙l(wèi)星將在天地之間形成一張無形的量子通信網(wǎng)絡(luò)，保障我們的通信安全。

“量子通信網(wǎng)絡(luò)，這是什么東西？”

“通信安全？和我有什么關(guān)系？”

這個問題要請中國量子衛(wèi)星首席科學(xué)家、中國科技大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉院士為大家解答。他可是全世界量子通信領(lǐng)域的頂級科學(xué)家，也是記者心中的“劍神”。

為了見到潘院士，記者提前做了大量功課。

知道嗎？量子科學(xué)是本世紀最尖端的科學(xué)。引領(lǐng)量子科學(xué)的國家，方能引領(lǐng)未來，引領(lǐng)全世界。目前，量子科學(xué)有兩個主攻方向：量子數(shù)學(xué)和量子通信。

美國正在大力研究量子數(shù)學(xué)，這玩意很深奧，簡單點說就是：1+1以后不等于2了。

中國致力于量子通信研究。潘院士正是這個領(lǐng)域的頂級科學(xué)家。

潘建偉團隊根據(jù)量子的特性，提出一種全新的通信設(shè)想：發(fā)射衛(wèi)星，建立量子通信網(wǎng)絡(luò)，打造一種引領(lǐng)未來、引領(lǐng)全世界的通信方式。

“不就打個電話嗎？有這么夸張嗎？憑什么可以引領(lǐng)未來、引領(lǐng)全世界呢？”記者心中有點疑惑。

繼續(xù)追蹤……

原來，量子，具有不可分割、測不準等特性，使用量子通信，無法跟蹤，非常安全。這為國家信息安全提供了重要的保障，也為未來民用通信提出了一種全新的思路。

除此以外，潘建偉團隊還在利用“墨子號”衛(wèi)星進行一項酷斃了的實驗——量子隱形傳態(tài)。

聽起來有點像科幻小說。簡單點說，就是將物體轉(zhuǎn)換成量子狀態(tài)，隔空傳物。按照這樣的邏輯，如果人也能轉(zhuǎn)換成量子狀態(tài)，是否也可以實現(xiàn)隔空挪移呢？

帶著諸多的疑問，記者撥通了潘院士實驗室的電話。

“你好，這里是秘書處。”

“你好，我是少年博覽雜志社的高編輯，可以幫我轉(zhuǎn)接潘院士嗎？我想預(yù)約采訪他……”

“不好意思，潘院士出差了！”

“啊……謝謝您！”掩飾不住的失望，這已是記者第6次電話預(yù)約，“我能有其他方式聯(lián)系到潘院士嗎？”

“真是熬不過你！潘院士太忙了，建議你聯(lián)系一下他的助理——李力老師，他也是實驗室的核心成員。他的號碼是……”可愛的秘書終于松口了。

哇……簡直酷斃了，記者撥通了李力老師的手機……

“李老師，您好，我是少年博覽雜志社的高編輯。秘書處給了我您的電話，我可以對您做一次簡單的采訪嗎？關(guān)于量子通信的幾個問題。希望您可以為我們的小讀者點亮一盞科學(xué)之燈……”記者一口氣說完一大段話。

電話那頭一陣沉默——

隨后，傳來一個年輕而溫暖的聲音：“我很愿意幫助你，不過……量子通信中的科學(xué)原理可不是一兩句話就能夠解釋清楚的。我正在前往上海的火車上，你的問題，我盡量用郵件回復(fù)你，可以嗎？”

“當然可以！”

心跳180！記者以為這位忙碌的科學(xué)家要在沉默中掛斷電話，沒想到他竟然答應(yīng)了。耶！

……

“尊敬的李力老師，我查閱了大量資料，但是，一直不太明白‘墨子號衛(wèi)星和地面是怎樣實現(xiàn)量子通信的？難道是用空氣來傳播的嗎？”

“高編輯，你好！其實量子通信，是通過空氣中的光子進行的。光子是光能量的最小單元，也叫做光量子，是電磁波的一種。量子通信，可以簡單理解為：從地面將一顆顆叫光子的小顆粒發(fā)送到衛(wèi)星上，衛(wèi)星再把這些小顆粒轉(zhuǎn)發(fā)到另外一個地點，這就實現(xiàn)了量子通信?！?/p>

“聽起來很簡單嘛！”

“實際并不簡單！很多電磁波是可以被竊聽的，譬如收音機，但光量子不會，因為光量子是光能量的最小單元，所以不可分割，并且無法測準。利用這個原理，量子通信成為最安全的通信方式。它可以保障政府、國防、金融安全，也可以改變普通人的生活，比如個人的隱私、網(wǎng)上交易等。它的原理很深奧，但是作用很強大，意義很深遠?！?/p>

“據(jù)我所知，‘墨子號衛(wèi)星還肩負著量子隱形傳態(tài)實驗重任。隱形傳態(tài)實驗勾起我們太多的科學(xué)幻想，是否可以理解為隔空傳送物件呢？只不過物件必須是量子狀態(tài)。如果人能夠轉(zhuǎn)變成量子狀態(tài)，是否也能隔空傳送呢？”

“理論上是可以的，但實際上很難。這個謎底需要等待小讀者們長大了，親自去解開！我只能告訴大家，1997年，奧地利科學(xué)家利用隱形傳態(tài)技術(shù)，成功傳送了600米，這其中就有潘院士的參與。而今天，我們將這個距離大幅提高，夠振奮吧！”

“能夠描述一下其中的科學(xué)奧秘嗎？”

“這可是個難題。因為，隱形傳態(tài)只是將量子信息傳送過去，并沒有傳送粒子。以人為例，其實，人也是由大量的微觀粒子構(gòu)成的，因此原理上可以用量子隱形傳態(tài)技術(shù)，將人的全部信息傳送到另一個地方，再用同樣多的粒子將這個人重構(gòu)出來……”

“我的天啦，那還是同一個人嗎？”

“這個……我也無法回答你！但可以肯定，重構(gòu)出來的人，肯定和原來一模一樣。只不過，這個人的‘原型在傳送過程中已被‘銷毀，還原成一堆原始粒子?！?/p>

“好想嘗試哦，哈哈！最后一個問題，量子通信技術(shù)和我們平時使用的移動通信技術(shù)有什么不同？誰，更有可能改變未來呢？

“兩種技術(shù)、兩個方向，它們最大的不同是加密方法。傳統(tǒng)的加密手段依賴于各種加密算法，然而，只要擁有足夠強大的計算能力，原理上，傳統(tǒng)加密算法都是可以被破解的。量子通信則不同，這是一種全新的加密方式，因為，每一次量子通信，都會自動生成一個密碼，這要歸功于‘墨子號衛(wèi)星。不過，量子通信并不是要完全顛覆現(xiàn)有的通信方式，只是一種提升通信安全性的手段。至于誰更能改變未來，我覺得，一切皆有可能！”

“說得真好！真想?yún)⒓幽銈兊碾[形傳態(tài)實驗，走進未來，為我們的小讀者尋找各種神奇的答案！”

“會有那么一天，我們將為此不懈努力！”

……

看來世界上最偉大的“劍客”，更善于用科技、而不是語言去改變未來。

那就讓我們拭目以待吧！

此刻，“墨子號”衛(wèi)星正在發(fā)揮作用，北京、合肥、濟南、烏魯木齊等城市的量子通信網(wǎng)絡(luò)正在建設(shè)之中。未來這些城市將通過量子衛(wèi)星，形成一個全新的量子通信體系。量子電話、量子視頻，各種精彩，指日可待！

這種趨勢正在向全世界蔓延，而最核心技術(shù)在我們中國。

我們期待某一天，量子通信會像電腦中的Windows系統(tǒng)一樣，影響著世界的每一個角落。

這，就是中國力量！