量子通信实现了吗
量子通信什么时候能完成？
量子通信什么时候能实现？
8月16日零晨1时40分，由在我国科学家独立研发世界首颗量子科学试验卫星“墨子号”在酒泉成功发射，全世界将首度完成卫星与地面间的量子通信。这枚卫星的释放相对高度大概500千米，然后由“墨子号”和两个路面接收点产生到现在为止跨距较大、最安全量子通信互联网。
在首颗量子通信卫星发送后，在我国也将相继发送多个量子卫星，争取在2020年完成欧洲和亚洲间的洲际量子保密通信，在2030年前后左右首先完工全球一体化的广域量子保密通信互联网。
日本卫星量子通信试验取得成功，你们怎么看？
对这个问题我有一个真真正正技术专业的答案，而这个回答会使绝大多数人近视眼镜碎一地：日本的卫星压根没做量子通信试验，更谈不上通过了！这是一个谣言！用特普朗的话说，fake news！
你的第一反映一定是：那他们的论文是什么原因？
回答是：日本作者在《当然·光子学》里的毕业论文（Nature Photonics, DOI: 10.1038/NPHOTON.2017.107）是真毕业论文，但他们自己推广的“取得成功开展小型卫星量子通信试验”是谣言，毕竟在毕业论文里，他们便确切地反映了自己做并不是量子通信的试验。
请看论文全文：
“To track the OGS more reliably with this coarse pointing, the laser beam divergence was widened, and brighter laser pulses (on the order of 10^8 photons per pulse at the exit of the SOTA, Table 1) than those required in QKD were used, although the optical signals received at the entrance of the OGS were photon-limited in the range of ∼0.145– 6.696 photons per pulse.”
我翻译一下：
“为了能用这样的粗略地的指向技术性更靠谱地追踪电子光学飞控（Optical Ground Station，通称OGS），大家扩宽了激光的散发水平，而且用了比量子密钥分发（Quantum Key Distribution，通称QKD）所需要的更亮的激光脉冲（在中小型电子光学发送器【Small Optical TrAnsponder，通称SOTA】的出入口，每一个单脉冲包括10的8次方量级的光子，见表1），尽管在电子光学飞控的入口接收的电子光学数据信号处在光子极限值，在每一个单脉冲0.145至6.696个光子的范围之内。”
你大概会迷惑不解：“量子通信”这词没有看到啊？回答是：
“量子密钥分发”是“量子通信”中唯一已产品化的专业技术，做不来量子密钥分发则意味着做不来量子通信。
因此，论文中这句话关键点是什么？用了比量子通信所需要的更亮的激光脉冲，每一个单脉冲包括10的8次方（即一亿）量级的光子。
那样，量子通信所需要的激光脉冲色度是啥？
回答是：
单光子。
要实现量子通信，每一个单脉冲应当只包括一个光子！
如今你能搞清楚，为何每一个单脉冲包括一亿个光子就太亮了，这是一亿倍的未达标啊！
为什么使用那么多光子？因为从卫星到地面信号衰减非常严重，星地间的指向也是“粗略地的”，发送单独光子不能收到，只能提升视频信号强度，——但这样可能就没有一点量子通信可谈了。
光子数超出一个，针对量子通信有什么危害？回答是：一，量子密钥分发的目的在于保密通信。二，怎么样用单光子源，就可以确保窃听者偷不上一切信息内容。三，假如发送的光子数超过一个，正常情况下窃听者就能只放一个光子以往，把其它的光子阻拦出来，这样就能泄密。
那样我国的墨子号完成量子通信了没有？完成了。可以实现的两个关键点，是中国的科学技术大学潘建伟团队发展趋势出精准的星地指向技术性，及其用“哄骗态协议书”完成了等效电路的单光子源（详尽表述见文中附则）。回过头来，在飞快的运动卫星和地面中间完成单独光子的即时指向和检测，等同于在五十公里之外把一枚一角硬币丢入一列飞速驾驶的高铁上的一个饮料瓶里。这是多么令人惊讶的考验，又是多么令人惊讶的造就！
星轨环境下墨子号量子卫星与兴旺站用信标光指向
懂了日本的这枚卫星压根没做量子通信，一个很自然的问题就是：她们具体保证的是什么？
回应在该文的标题里：Satellite-to-ground quantum-limited communication using a 50-kg-class microsatellite（用一颗50KG级别小型卫星完成星地中间量子极限的通讯）。可以看，文章标题里没说“量子通信”，她们用的都是“量子极限的通讯”，——这一说看上去就是他们发明，没有别的学者用。
再来看该文的前言。
最先说了一番现今激光通信卫星都那么重，最典型的有几百公斤，如果可以换为中小型卫星多么的有益处。好，没什么问题。但是这儿谈的是常规激光通信，并不是量子通信。
然后说，网络信息安全至关重要，量子密钥分发能够实现实质上无法破解的安全通信。好，没什么问题。每一个量子通信学者都是这么说的。
然后说，近期中国发射了一颗600公斤的量子通信卫星，但是如果可用小型、廉价的卫星完成量子通信，就太棒了。好，没什么问题，——可是让人瞠目结舌是指，后原文中却坦诚认可这枚卫星实现不了量子通信。实现不了你一直在前言上说这么多做什么？从来没见过这么写科学文章的！
这也是我见过的最怪异的论文之一！
我们现在能够搞清楚，本文虽然是在《当然·光子学》上发表的，但《当然·光子学》没有一点为其完成所说“量子通信”背诵，——他们说的是“量子极限的通讯”这些自编的模糊不清的定义。
那为什么新闻媒体会说他们完成了量子通信？由来是这一群创作者所属的日本通信网络科研机构（National Institute of Information and Communication Technology，通称NICT）自己在首页上发的消息（http://www.nict.go.jp/en/press/2017/07/11-1.html）：World's First Demonstration of Space Quantum Communication Using a Microsatellite - A big step toward building a truly-secure global communication network（用小型卫星完成室内空间量子通信世界初次演试——通向构建真真正正安全全球通信互联网的一大步）。新闻记者不明白这般更专业的科学毕业论文，自然也是她们说什么就是什么了，随后散播满世界全是。
本文假如说有科学使用价值，那是在常规激光通信上，而非量子通信。但是论夺眼球的水平，明显是量子通信高。所以尽管这些人在论文中踏踏实实承认自己做不来量子通信，但NICT的报道中，却老实巴交不用谢把量子通信放到了文章标题里边，文章正文之中不提他们没完成量子通信了。毕业论文并不是虚报毕业论文，信息则是虚假消息，这般奇怪未曾见过！
是这一群创作者自身想出名想疯了？或是NICT领导想搞个大新闻？不为人知。但无论是谁主导的这一波虚假广告，都改变不了客观事实：这是一场虚假广告、搞笑的借势营销、荒缪的碰瓷儿、科学界少见的荒诞剧。
顺便说一句，这枚卫星的名字是SOCRATES，这词其实也就是伟大的古希腊哲学家苏格拉底。有一位有名的巴西足球选手又叫这名字，由于他的爸爸很钦佩苏格拉底。看上去如今很流行用古代思想家来取名量子卫星？墨子发来贺电。为了能凑出这一首字母缩写词，日本创作者们把卫星的全称写出Space Optical Communications Research Advanced Technology Satellite（室内空间电子光学通讯科学研究尖端技术卫星），都是够拼的。遗憾新闻媒体在报道中只提出了英文简写，并没有强调这名字的洞天，真的是明珠投暗。
日本的小型通讯卫星“苏格拉底”（来源于NICT首页，留意并不是小型量子通信卫星）
总结一下：星地量子通信的难点在于单光子的发送和检测，“苏格拉底”卫星没法做到这一点，只能一次发一亿个光子。在这样一个前提条件彻底不达标的情况下，NICT的作者们对于很多其它的次要的阶段展开了提升，如编码方法、多谱勒偏移，声称这种技术性能用到今后的星地通讯上。自然，这一些技术性含有一些对量子通信或者是对常规激光通信可能是有效的。但无论如何，摆着最大的一个艰难难以解决，扭头去改善许多次要的艰难，就注定了此项工作的格局。就像牛顿常说：“我无法容忍这种科学家：他取出一块木板来，找寻超薄的区域，之后在非常容易钻透的区域钻很多洞。”
国际性有名的量子信息理论权威专家、清华物理系王向斌专家教授对此项工作有一个惟妙惟肖的比喻：等同于有些人做了个不大非常轻的飞机，唯一的问题就是不能飞。随后他说道从微型化指标值来看，它的飞机场好过别人能飞的飞机。
玩具飞机
我的同事、我国科学技术大学合肥市微尺度化学物质科学国家级实验室李杰专家教授跟我说一件趣事。2014年，本文的通信作者（即科学责任人）Masahide Sasaki在合肥举办的量子通信、精确测量和测算国际大会中说，卫星光信号在空气中传递的无线信道损耗至少有60声贝，而60声贝不可以成码，因此卫星做不了量子通信。但是之后我国科学家里的实践经验证明，他这句话犯了双向错误。第一，墨子号卫星把损耗操纵到40声贝。第二，60声贝也会成码。Masahide Sasaki先生也算是有错就改，如今变为卫星量子通信的激情拥护者了，——仅仅这类适用方法，有点儿出乎意料。
有一个“喜讯”是：这一场荒诞剧对学界的不良影响并不算太大，由于绝大部分科学工作人员都是有最基本的判断能力，即便NICT这一群创作者这般努力地刷存在感，大伙儿都不会关心学生的这个工作。行吧，那这算个喜讯得话……