量子卫星是什么?量子卫星概述--百度百家
量子卫星是什么?量子卫星概述
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量子卫星是什么?简单的来说，是通讯卫星。据悉，中国量子卫星的发射将使中国在国际上率先实现高速星地量子通信，连接地面光纤量子通信网络，初步构建量子通信网络。
量子卫星是什么?简单的来说，是通讯卫星。据悉，中国量子卫星的发射将使中国在国际上率先实现高速星地量子通信，连接地面光纤量子通信网络，初步构建量子通信网络。
近年来，量子通信因其传输高效和绝对安全等特点，被认为是下一代通信和计算机技术的支撑性研究。由于量子不可分割、状态不可克隆的特性，将其作为信息载体
便可以实现抵御任何窃听的密钥分发，进而保证传输内容的绝对安全。以此为核心研究内容的量子卫星通信，也已成为全球物理学研究的前沿与焦点领域。
我国关于量子卫星的研制始于2011年，并在2013年启动了光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目。据了解，建成后的“京沪干线”全长2000多公里，连接北京、济南、合肥、上海等全国多个城域网络，并将是全球首个广域光纤量子保密通信骨干网络。
量子科学实验卫星
神秘量子纠缠带来保密通信
超冷原子光晶格平台的激光伺服系统
量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象，即量子纠缠。就好比有些双胞胎，虽然哥哥在北京，弟弟在上海，当哥哥特别高兴时，弟弟也会特别高兴；而哥哥特别痛苦的时候，弟弟也会特别痛苦。
量子纠缠是指在微观世界里，有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系，不管它们相距多远，只要一个粒子状态发生变化，另一个粒子状态也会发生相应变化，即两个或两个以上的稳定粒子间会有强的量子关联，但为什么会这样？科学家们直到今天还没搞清楚。
虽然现在还弄不清量子纠缠的原理，但我们却可以利用这一现象作为通信的手段。利用量子纠缠技术，需要传输的量子态信息如同科幻中描绘的超时空穿越，在一个地方神秘消失，不需要任何载体携带，又在另一个地方神秘出现。
实验已证明，具有纠缠态的两个光量子无论相距多远，只要一个发生变化，另外一个也会瞬间发生变化。量子保密通信就是利用这个特性实现的，即基于量子纠缠态的理论，通过量子密钥传输和量子隐形传态的方式实现信息传递。
其过程如下：事先构建一对具有纠缠态的光量子，将这对光量子分别放在通信双方，把具有未知量子态的光量子与发送方的光量子进行联合测量，则接收方的光量子
瞬间变化为某种状态，这个状态与发送方的光量子变化后的状态是对称的，然后把联合测量的信息通过经典信道传送给接收方，接收方根据接收到的信息对变化的光
量子进行幺正变换（相当于逆转变换），就可得到与发送方完全相同的未知量子态。
量子通信的关键要素是量子密钥，用具有量子态的物质作为密码。在传递信息的过程中，量子密钥一旦被截获，其自身状态会立刻发生改变，截获量子密钥的人只能得到无效信息，而信息的合法接收者也能立刻察觉，直到一把新的密钥安全无误地被接收。
传统的通信加密和传输安全都是依赖于复杂的算法，但是只要窃取者的计算能力足够强大，再复杂的保密算法都能够被破解，因此都不能够做到绝对安全。量子通信
的安全性基于量子物理的基本原理，作为光的最小粒子，每个光量子在传输信息的时候具有不可分割和不可被精确复制两大特性，从而能保证信息的不可窃听和不可
破解，所以哪怕计算能力再强也是破解不了的。
信息量巨大瞬时传递
潘建伟院士演示实用化量子通信产品进行远距离保密通话
量子隐形传态是基于量子叠加、量子纠缠理论，通过隐形传输而实现的信息传递方式。它利用量子纠缠技术，借助卫星网络、光纤网络等经典信道，传输量子
态携带的量子信息。这种全新的通信方式传输的不再是经典信息，而是量子态携带的量子信息。其携载的信息量很大，因而让一般的光纤网络和普通卫星网络只能望
尘莫及，即使3G、4G甚至5G、6G网络也无法媲美。
为了进行远距离的量子隐形传态，往往需要事先让相距遥远的两地共同拥有最大量子
纠缠态。但是，由于存在各种不可避免的环境噪声，量子纠缠态的品质会随着传送距离的增加而变得越来越差。因此，如何提纯高品质的量子纠缠态是量子通信研究
中的重要课题。20多年来，潘建伟等中国科学家在自由空间量子纠缠分发和量子隐形传态实验方面，不断取得国际领先的突破性成果，已从实现对单光量子的精确
操纵到实现4光量子（2003年）、5光量子（2004年）、6光量子（2007年）、8光量子纠缠（2012年），为基于卫星的广域量子通信和量子力学
基础原理检验奠定了坚实基础。
另外，量子通信可实现最快的通信。研究发现，即使将两个纠缠态亚原子粒子分隔到宇宙距离，它们之间的通信也几乎是即刻的。与传统光速通信相比，量子
通信的线路时延为零，量子信息传递的过程不会为任何障碍所阻隔，所以完全环保，不存在任何电磁辐射污染。科学家已经在地球上成功做了以下实验，将两个纠缠
光量子分开数千米，在数纳秒的间隔内测量它们的自旋。结果发现，如果测量发现它们其中一个自旋是+1，知晓另一个是-1的速度至少比以光速进行通信快1万
量子通信也是超时空穿越的远距离通信。因为它属于隐形传输技术，与人类历史上此前已有的通信技术有着本质的差异。科学实验证实，创
造两个互相纠缠的光量子以后，哪怕将它们分开很远，也可以通过测量其中一个的状态来得知关于另一个的信息。所以，可以利用量子通信的特性实现与遥远恒星系
统的通信。
远距量子通信不能没有卫星
虽然可用光纤建造城域量子通信网络，但由于光量子易被光纤吸收，存在固有的光量子损耗，与环境的耦合也会使量子纠缠品质下降，最终导致信号在光纤传
送的过程中越来越弱，因此仅仅利用光纤难以实现远距离的量子通信。另外，在近地面自由空间传输信号会受地面障碍物、地表曲率、气象条件的影响，光量子传输
难以在地面自由空间中向远距离拓展。
解决这个问题有两种可行的途径：一种是利用量子中继技术，即把相距较远的通信线路分为数段，每一段
的损耗因此较小，然后在量子中继的帮助下，把光子携带的信息一段段如同接力赛一样向前传递。另一种是进行自由空间单个光量子传输，这是由于大气对某些波长
的光吸收有限，到了外层空间则几乎没有光损耗，因此可以突破大气层通过卫星的中转，实现数千千米甚至是全球化的量子通信。
如果量子信号
通过光纤来传输，它最多传输一两百千米就会失去信号，而通过自由空间（包括大气层）可以传递几千千米，因此需要用卫星作为中继站进行协助。所以，使用量子
通信卫星是远距离光量子传输的必由之路。它能克服地表曲率、障碍物的阻碍；光量子在光纤中的损耗远高于自由空间的损耗，其中大气层对光量子的吸收和散射远
小于光纤，并能保持光量子极化纠缠品质。另外，受到地面条件的限制，很多地方无法铺设量子通信的专用光纤。因此，若想建设覆盖全球的量子通信网络，必须依
赖多颗量子通信卫星。
发展量子保密通信技术的终极目标，是构建广域乃至全球范围的绝对安全的量子通信网络。可通过光纤实现城域量子通信
网络连接一个中等城市内部的通信节点；通过量子中继技术实现邻近两个城市之间的连接；通过量子通信卫星与地面站之间的自由空间光量子传输和卫星平台的中
转，实现两个遥远区域之间的连接。这些是目前条件下实现全球广域量子通信最理想的途径。
2012年，潘建伟等中国科学家曾在国际上首次成功实现百千米量级的自由空间量子隐形传输和纠缠分发，为发射全球首颗量子科学实验卫星奠定了技术基础。
尚需克服诸多技术难题
我国量子科学实验卫星质量约640千克，由长征-2D运载火箭发射，运行于500千米太阳同步轨道，轨道倾角为97.37°，设计在轨运行寿命2
年。科学家已在相距300千米的地面成功进行了量子纠缠实验，而量子科学实验卫星将把这个实验带到外层空间，连接中国和欧洲之间的量子通信网，旨在建立卫
星与地面远距离量子科学实验平台，在国际上首次在空间大尺度下实现星地自由空间量子密钥生成和分发，以及量子隐形传态实验等。
不过，在太空进行量子科学实验非常复杂，对实验设备要求也超乎寻常的高。例如，在空间载荷方面，卫星与地面站的微弧度要高精度跟瞄。在卫星的飞行过程中，它携带的两个激光器要分别瞄准两个地面站，向左向右同时传输量子密钥。为了让穿越大气层后光子的“针尖”仍能对上接收站的“麦芒”，在飞行的过程中要始终保证精确对准，跟踪要达到相当高的精度，这也是国际上从来没有人做过的。激光器
一站对准一站的有人做过，但是一颗卫星对准两个地面站的从来没有过，而且还要保证对得准确，这方面我国研制团队已经在地面上做过模拟仿真实验，但还是要到
真正上天以后才知道最终成功与否，所以这也是很大的技术挑战，如果能够做到的话，在国际上也是第一次做这么高精度的跟踪和地面站配合。
该卫星的核心是一个能够产生成对纠缠态光量子的晶体，无论它们分开多远，其性质仍然能纠缠在一起。其第一个任务是发送这些成对量子中的一方去往在北京和维
也纳的地面站，并使用它们来生成密钥；第二个任务是证明这个纠缠可以存在于相隔上千米的粒子之间，因为量子理论预测纠缠一直存在于任何距离；第三个任务是
尝试地面与卫星之间量子隐形传态，使用通过传统方式传输来的纠缠光量子对及其所携带的信息，在一个新位置重建光子的量子状态。
2030年我国将建成
全球化量子通信网络量子通信卫星运行的轨道较低，覆盖面积小。如果要在全世界范围内保障通信安全，大约需要 20 颗量子通信卫星。
据悉，按照规划，我国在2016年发射首颗量子通信卫星，建设以4个量子通信地面站和1个空间量子隐形传态实验站为核心的空间量子科学实验系统后，还将发
射更多的量子通信卫星。到2020年，我国量子通信市场规模将达210亿元。随着量子通信在各领域的不断渗透，预计国内量子加密潜在市场规模有望达到
500亿至1000亿元。到2020年还要实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发，届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右，我国将建
成全球化的广域量子通信网络。全文分析：&
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观看更多百家精彩新闻量子卫星和普通卫星有什么区别_百度知道揭秘“墨子号”：量子卫星到底有多牛？
8月16日凌晨，伴随着世界首颗量子科学实验卫星在酒泉圆满发射成功，中国人的“飞天”梦想再一次在这片古老的土地上绽放，从此，头顶的浩瀚的星空里也多了一份属于中国和世界的“量子”牵挂。
从最初的研制到发射，量子卫星承载了太多关注的目光与期许，那么，这颗举世瞩目的“新星”到底有多牛气？其技术实现难度又有多高？在酒泉卫星发射中心，量子科学实验卫星工程常务副总师兼卫星总指挥王建宇，向《中国科学报》记者讲解了量子卫星技术的诸多“极限挑战”。
天地一体化连通：从太空向地面存钱罐扔硬币
在量子通信中，最大的难点在于如何实现天地一体化的量子联通。这就好比在万米高空，往地面的一个存钱罐里扔硬币，需要准确地将硬币投掷于储蓄罐的狭小入口。如果出现一点点偏差，信息的传递便会功亏一篑。
“量子的编码，就像计算机编码0101一样，有正负、垂直、水平等不同状态，要把量子的偏振方向检测出来，才能变成密码。”王建宇介绍说，量子里面有两组状态，一组是正交的，一组是倾斜45度的，所以，一共有四个不同的偏正状态。
不仅如此，地面上的存钱罐（接收装置）和天空中的投掷者（量子卫星）也不安生，它们都在不停地旋转运动。
“这就是瞄准和检测偏正的最大难度所在，我们要在双方都处于运动状态的情况下完成信息传递。”王建宇强调，稍微对不上一点点都不行，如果这样，地面上收到的就是误码了。
据王建宇介绍，一旦误码率高于3.5%，信息传输就没有意义了。“3.5%是个底线，通常我们会把误码率控制在1%~2%之间。”
探测器灵敏度：在地球上看到月球的火柴光
如果说从太空向地面存钱罐扔硬币已经让人感到咋舌，那接下来的技术则更加让人目眩。
量子卫星采用的是单光子探测器，其目的是实现对每一个光子的捕捉。那么，这是一个什么概念呢？
“一个60瓦的灯泡，每秒钟发射的光子数大约是10×10的二十次方个，而一根火柴的最大光亮大约是3~5瓦。”王建宇说，量子卫星探测器灵敏度相当于在月球上点根火柴，我们在地球上用望远镜可以看到它的亮光。
如果考虑到火柴点燃后，光向四面八方的扩散效应，其观测难度可想而知。“探测器的灵敏度必须达到这种程度，才能捕获来自太空中的一颗颗光子。否则的话，天上的量子卫星就没有存在的意义了。”王建宇说。
时间同步设置：一秒钟给一亿个光子排排队
在太空中，量子卫星每秒钟大约向地面发射一亿个光子，需要地面接收装置对所有光子进行接收。然而，这个接收过程并非来者不拒，而是要讲究个先来后到。
“我们必须知道每个光子是第几个发出来，信息传递就是必须发送端和接收端是能够对的上的，要有一个完整的序列。”王建宇说。
将光子们一一对接起来的办法，就是时间同步。“我们现在的接收频率能做到一个纳秒，也就是在一秒钟之内，把一亿个光子全都排列好。”
心理难关：这是一项从未有过的探索
与此前众多追赶、超越的老剧本不同，量子通信这条路，是中国科学家自己一步步趟过来、摸出来的。
“我们以前做各种各样的卫星的时候，一般都有个参考。尽管人家不会把技术告诉你，但是至少心理上是有个预期的，因为别人已经做成了。我们相信通过自己研究总能成功，心里有这个底。此外，中国已经有很多例证，尽管起步晚，但却实现了赶超。”王建宇如是说。
然而，量子卫星不一样。“这个东西到底行不行，刚开始做的时候，我们心里真的是没底。”王建宇感概地说，尽管我们经手的大大小小的卫星研制工作已经无以计数，但量子卫星对于所有参与者都是一个从未有过的巨大挑战。
谈及量子卫星的发射成功，王建宇很是平淡。“对于人类探索量子物理世界和空间科学的脚步而言，这仅仅是个开始吧。”
作者： 李瑜
[责任编辑: 吕芮光]
量子,墨子号,量子通信
“他是一名打工青年，却坚持着自己的数学热情和理想，即便被当成民科，也百折不饶。在浙江大学蔡天新教授的慧眼之下，他终于走到台前，向人们展现惊世成果，让伪素数无处可逃。
2005年，潘建伟团队实现了13公里自由空间量子纠缠和密钥分发实验，证实光子穿透大气层后，其量子态能够有效保持。从纠缠光子分发到量子隐形传态，中国团队和奥地利团队不断竞争，立下一个又一个里程碑。
许学彦是新中国造船事业的重要奠基人，曾与陈景润一起荣获首届“何梁何利基金”。　　量子太玄乎了！　　　　　　　　57金钱爆
中国发射全球首颗量子卫星墨子号!中国引领全球通讯产业技术革命　　百度网盘下载(视频版) 链接：/s/1c1D9WjQ 密码：w4lj　　百度网盘下载(备用pdf版) 链接：/s/1bZYFPc 密码：i1ww　　注意：使用百度网盘备用pdf版的请把文件的后缀.pdf改成.mkv即可正常播放　　贪婪vs.恐惧 美股极乐世界？　　小卫星大数据！对冲基金的秘密武器？　　陆量子卫星升空！通讯产业技术革命？　　美股持续创新高，投资人狂念无量寿经？　　心向极乐世界？美股净多单狂增？　　不要宝可梦！避险基金用白鸽当秘密武器！　　大陆增天眼监控海疆，高分三号卫星升空！　　全球首颗量子卫星，大陆今首发墨子！　　来 宾：　　台大哲学系教授 苑举正　　资深财经记者 丁万鸣　　财经部落客 孙伊廷(坦克爷)　　股市分析师 曾焕
楼主发言：4次 发图：
　　注意第三位的表情，一直笑个不停。
　　@飞翔的县令 世光还是不错的，每当我们科技有重大突破的时候，都会在节目中为台湾人科普。
　　几个人都不懂量子力学，都在这儿鬼扯　　
　　量子的确很玄, 玄得不科学　　现代科学也拿它没办法, 玄得太离谱的地方只能绕着走假装看不见　　其实一帮人类精华天才物理学家在量子理论面前装鸵鸟是一件很憋屈的事情
　　我只是觉得气氛和欢乐，呵呵！
　　很难得的一个节目，不带颜色，客观
　　我是觉得有点恐怖，似乎整个世界都被颠覆崩塌了，但跟我之前对世界的另一种认知的思考倒是有点相似　　
　　就问你一个问题：有没有孙猴子？
　　基本是胡说八道，文科生思维　　
　　观察都与坍塌，看大刘的球状闪电时读高中，刷新了我的三观
　　量子力學深入的話本來就是玄，只是看你怎麼理解，是往神學的方向看還是往高端科學！　　
　　台湾人什么事都要评论一番，但是量子通信实在是超出他们的知识范围。
　　看多了以后　　总结了一个道理　　台湾节目等于一本正经的鬼扯　　也不知道他们在哪儿弄了一群不懂装懂的家伙们　　民主以后　　台湾失去了对于专业和认真求实的尊重　　没落就在所难免了
　　@红龙yxl
04:51:00　　看多了以后　　总结了一个道理　　台湾节目等于一本正经的鬼扯　　也不知道他们在哪儿弄了一群不懂装懂的家伙们　　民主以后　　台湾失去了对于专业和认真求实的尊重　　没落就在所难免了　　-----------------------------　　夸张不等于鬼扯，请回去恶补下宗教与科学，微观时间与宏观时间的巨大差异，再来发言。。小屁孩
　　不只57金钱爆，郎咸平，吴晓波，罗振宇这些大陆财经名嘴，讲自然科学的时候，多半就是在胡扯。宋鸿兵讲科学方面的，还算有点水平，因为宋鸿兵本身就是工科专业毕业。这些话题，是需要知识基础的。
　　你們這些傻陸仔完全不懂金錢爆的苦心　　難得大陸有幾樣拿得出手的傑作可以幫忙宣揚　　即使是找幾個文科生來宣揚(我不是說他們說得是對是錯)　　看不出人家的用心良苦嗎
　　杨世光大学时期的入党申请书让我们看看呗！
　　@飞翔的县令
量子物理很多跟经典物理完成不一样，看了很多BBC，国家探索的视频，还有物理书，当今量子物理科学家都难以用公式去定义量子物理，说玄是客观的，但不是玄学。还有就是不要以为我们要眼睛闭着，某些东西就不存在，就如量子纠结，了解量子物理越多，越觉得这个东西就像假一样，但是你又不能去否定他不存在　　
　　量子纠缠，我感觉，就是民间传说中的“驾阴车”　　
　　mima cuo le a
　　这个东西没有台湾实际上他是做不出来的
　　搞得好像你们都很了解一样，　　每天吹，　　都他妈的不知道自己在吹什么
　　@今尘古月
09:33:00　　你們這些傻陸仔完全不懂金錢爆的苦心　　難得大陸有幾樣拿得出手的傑作可以幫忙宣揚　　即使是找幾個文科生來宣揚(我不是說他們說得是對是錯)　　看不出人家的用心良苦嗎　　-----------------------------　　经常看金錢爆的还是知道苦心的，呵呵呵呵但是在天涯的人看台湾节目很多影响不好。
　　微观量子领域，其实比魔法还要魔幻。　　量子纠缠，无视距离。量子云，他在这儿，同时也在那儿...
　　一切量子科学，尽在中国神话中有范例。封神演义中，神仙突然心血来潮，马上知道谁有难，这就是量子纠缠的一种，不分距离的感应。
　　弯弯也就这个节目带点智商，除了有时候骗大陆的孩子们去买美国股票给美国人当接盘侠，不过最近我们的政府管控极度严格了，接盘的不多美股快要狂跌了。
　　墨子这个名字没起好, 我觉得应该叫 智子
　　第三张图，周子瑜去 慰 劳 安 军了，韩兵 嗨到哭。
　　这个别人不是在瞎说，量子力学，包括弦理论，你说它是科学也行，说它是玄学也行。
　　量子学说对一般人而言确实晦涩难懂,玄而幻之,但一再被各种实验所证实.
　　这节目的嘉宾还是有水平的　　某些人跟tai巴子似的　　整天意识形态
　　量子学说引领一个新时代
远超前三次工业革命
　　感谢分享
　　弯弯也是，屁都不懂还喜欢发表高见！这得长多厚的脸皮？
　　量子玄得地方就在于 量子纠缠 为什么会形成 到底是怎么形成的 完全没有头绪找不到支点去解释
所以感觉到玄 若一天能够科学解释 就不玄了。那就是完全科学了。
　　这玩意儿本来就不好解释，　　就跟原始社会搞不清钻木取火的原理，　　反正能用就好，　　这玩意儿无视距离有点吊　　
　　这期节目可以看出，台湾教育的盲区，其实这几个人要表达的就是唯心主义，唯物主义，和朴素唯物主义，这些东西在哲学里面都是基础的基础，可惜台湾没有这样的教育。
　　《中国将发射全球首个量子卫星 就连美国都没有》，这是病句，全球首个自然是第一也是至少目前为止的全球唯一，别的国家都没有当然包括美国。题目中的个应改为颗。
　　墨子剑法
　　央视都已经科普了
　　@今尘古月
09:33　　你們這些傻陸仔完全不懂金錢爆的苦心　　難得大陸有幾樣拿得出手的傑作可以幫忙宣揚　　即使是找幾個文科生來宣揚(我不是說他們說得是對是錯)　　看不出人家的用心良苦嗎　　木沉晨 　　......　　-----------------------------　　
　　井蛙嘛，不懂不是正常么？　　要是井蛙能懂，那才是太阳从西边出来了。
　　他们不知道的东西肯定玄啊！哈哈。
　　量子力学 好牛逼 好高大上啊 不懂 反正就是很牛逼就是了
　　量子力学的确很玄的东西。很多东西都没办法用文字描述，只能用公式表达。好像薛定谔的猫，我们普通人看了跟算命的没多大区别。　　
　　人家用意是夸大陆进步很快讽刺台湾人活在井里的，你要听懂人家深层意思啊，看多了57金钱爆就会很多都是讽刺台湾人活在梦里的，量子力学这是新事物谁真在懂你能告诉我好吧，说懂的人其实往往只是看到表面上理论，所以不要总是觉得别人什么都不懂自己最懂，明明金钱爆用意根本就不是评论量子，其实只是意在沛公。
　　说玄学根本没理解量子的概念，量子理论只是颠覆经典物理学的理论，爱因斯坦在理论上贡献不少，已经被慢慢证实了
　　说白了自从5年前看了一个《全息摄影宇宙》之后 我就第一次听到了量子缠绕，宇宙是个巨大的显示器之后就认同其实我们只是一堆数据，而这个世界就是数据堆起来的，说白了和智能程序没什么差别 量子可能就是没有组合起来的代码，它能够组件任何物理规律和各种形态的宇宙，只要改变量子组合排序就能制造任何东西，无就是0 有就是1 0和1的不同排序构造了各种复杂的语言，每一个组合都是一个语言 每一个语言就是一个规则和物体。为什么数学能构建宇宙模型，因为宇宙本身就是类似数学不既存在又不存在的东西。
　　@ccav-08-17 12:12:00　　墨子这个名字没起好, 我觉得应该叫 智子　　-----------------------------　　他们都不懂你的梗……消灭人类暴政，世界属于三体！
　　这种财经节目算是对大陆客观了，左边起第二个那个是出井的。
　　57金钱爆按台湾标准，绝对是“亲中卖台”的节目，喷这个节目的，不是喷子，就是巴子反串。
　　科学的存在是为了否定神，而量子的存在就是证明了科学的肤浅和神的存在。
　　楼主我的网名呢？反映了什么？
　　他们只是说的太啰嗦 因为这东西真的不好表达 直观点说 量子就是 神力 就是我们认为的那种 神力
这玩意会打破世界上绝大多数人的世界观　　因为西方包括台湾是
“意识决定物质”　　而中国人是无神论的
“物质决定意识”
请遵守言论规则，不得违反国家法律法规量子悬浮！奇迹or骗局？ | 科学人 | 果壳网 科技有意思
量子悬浮！奇迹or骗局？
量子反重力是怎么回事？
本文作者:梓叶
流言： 网上流传着名为【什么神八天宫对接都弱爆了，看看人家外国大学生发明的量子悬浮技术，开开眼界】视频。视频展示了一个冒着白气的盘子悬空的浮在一块磁铁上，有点像磁悬浮，但是随后的展示却展现了不一样的效果。它能随着演讲者的操控而“锁定”在空中不同的角度！更神奇的是那块圆盘不仅能悬在磁铁上放，还可以倒挂在空中！这是传统磁悬浮无法实现的，片中称此现象为“量子悬浮”。
真相： “悬浮”这等挑战重力的事总是迷人，磁悬浮也不是什么新鲜事了，不过，这个被网友大呼神奇的视频号称是“量子”级别的，它究竟有什么特别的呢？在这个什么词前面加上量子就能装高级的年代，小心求证为妙。
中文搜索“量子悬浮”，得到的结果都是同样缺乏真相的内容，甚至出现了“量子反重力”这样的神奇词汇。而换成直译的词汇“Quantum levitation”，“Quantum trapping”google了一下，才得到了基本靠谱的解释。
用一个词解释：超导悬浮。
用一句话解释：高温超导材料在达到临界温度后产生的抗磁性使得物体悬浮并能锁定在不同的位置。
还不太明白？我们来解释一下：
什么是高温超导材料
超导体这个词相信大家都有所耳闻，泛指在一定低的温度下电阻突变为0的材料。电阻为0就意味着电流在超导材料中传输时根本没有损耗！
1911年，海克o卡末林o昂内斯（Heike Onnes）发现，将汞冷却到-268.98℃时，汞的电阻突然消失！这是首次发现超导体和超导现象。话说2年后昂内斯就因为这个发现获得了1913年的诺贝尔物理学奖。
我们看到，汞的转变温度为-268.98℃，这么低的转变温度要用到昂贵的液氦冷却和低温设备，没有什么实用价值。如果能找到转变温度较高的超导体就好了，也就是所谓的高温超导材料。当然这里的高温指的可不是几百上千度，而是指一些具有较其他超导物质相对较高的临界温度，一般能够在液氮的气化温度以上（约在-190℃）就能称作“高温了”。至于“室温超导”，目前仍是遥不可及。
什么是超导悬浮
超导体有着各种奇特的性质，最著名的就是其抗磁性，也称作迈斯纳效应。
1933年，德国物理学家迈斯纳（Walther Meissner）发现了超导体的完全抗磁性，即当超导体处于超导状态时，在外磁场H小于临界磁场Hc时，产生迈斯纳效应，体内磁感应强度突变为0。
抗磁性的简单解释：当把超导体放进磁场中时，由于电感应作用，在超导体表面形成感应电流I（永久电流），在超导体内部，感应电流I激发的磁场和外磁场等值反向，相互抵消。下图显示出放进磁场中的超导体球体的磁感应分布情况。
超导体的抗磁性使得在外界磁场不太强的情况下产生斥力。如果将一个处于超导状态的物体放在一块永久磁铁上，斥力与重力平衡，就实现了超导悬浮。
有了对超导悬浮的基本认识之后，再来解答对视频里的“量子悬浮”的种种疑问。
Q1、那个冒着白气的盘子是什么？
A1、主要由3部分组成
a）500 um蓝宝石单晶基底圆盘（single crystal sapphire wafer），纯属打酱油的支撑材料。
b）一层0.5 um的高温超导材料：yttrium barium copper oxide（YBa2Cu3O7-x）。它的相变温度在 -185.15℃左右，各种悬浮现象都由此材料提供。
c）最后镀上一层金，起保护作用。
Q2、我问的是冒白气的是神马？
A2、盘子上厚厚一层白色的物质应该是固氮，起冷却作用，使该超导材料处于超导状态。（氮气的沸点-195.75℃，凝固点-209.95℃，低于该超导体的相变温度。）
Q3、量子漂浮在哪里？
A3、我们已经知道因为超导体有“迈斯纳效应”，即超导体的抗磁性，可以在磁场中悬浮。而在这个视频中，不同于一般超导悬浮的是，此处采用的高温超导材料属于二型超导体。对于二型超导体，存在两个临界场——下临界场Hc1和上临界场Hc2。当外磁场H小于Hc1时，产生完全的抗磁性，体内磁场为0；当外磁场H介于Hc1和Hc2之间时，会有部分磁场穿透超导体，产生穿透的位置是量子化的，如下图所示，产生了分离的磁通管（flux tubes）。超导体就是被这些磁通管锁定(pin)住的，这种现象被称作“quantum levitation”，也就是中文直译过来的量子漂浮。
Q4、看，为什么可以倒着放？这不是“反重力”吗？
A4、正如前面说的，整个超导体相当于被磁通管所固定住（试想一块被万箭穿心的烧饼），所以能够平衡各个方向不大的外力。
另外，当外力较小（拿着磁铁到处走的时候）是时，超导盘与磁铁的相对位置不会改变，而当外力较大（如视频中实验者用手调整圆盘角度）时，圆盘可以稳定在了一个新的角度。这是因为当外力较大时，圆盘越过了之前的势垒，与磁铁相对位置发生改变，在新的位置上重新形成磁通管，所以可以稳定在磁场强度足够的范围内的几乎任何方向。
Q5、视频中他们直接用手碰固氮！零下一百多度，不冻死了？
A5、君不见还有喝液氮的同学，至于原理嘛，很简单。在固氮和皮肤短暂接触的时候并没有直接接触到固氮，由于气化较快，在皮肤和固氮间形成薄薄的一层气体，而气体传热较慢，所以在短时间的接触下并不会造成伤害。（严重警告：喝液氮什么的还是太危险，别人做不会受伤，不代表你也行，别轻易模仿哈。）
实验危险，请勿模仿。
好了，基本原理介绍完毕。量子悬浮，科学奇迹？算不上，大骗局？也不算，只是国内媒体的噱头罢了。对大众而言，倒是个非常好的展示科学神奇的现象，很适合于在科技馆展出。
在最近热映的电影《碟中谍4》里也有这么一段戏，特工穿上特殊材料的衣裤就可以悬浮在半空中，而给他提供“浮力”的则是身体下方的一辆遥控车。特工可以随着小车的前进、后退而同步移动。简单地把物体悬浮起来靠磁悬浮就可以实现，但如果为了精确平稳地控制物体，在室温下用超导现象来实现的话，目前看来还是遥不可及的。
扩展视频：
“量子锁定”的详细解释
视频很详细的演示了整个超导片的组成，量子悬浮效应的原理，以及形成磁通管的形状。后半部分还可以看到越过一个磁铁产生的障碍，以及双层的悬浮表演。
超导磁悬浮轨道的基本原理
视频中的火车、汽车都是浇上了液氮的超导体，在低温下产生了超导效应，超导效应使得轨道的磁力线形变成类似一个管道的形状，将小车固定在之间。
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哦也。。有生第一次果壳沙发~~
恨你们~~恨你们~~~怨念~~~~~~~~~
的回应：恨你们~~恨你们~~~怨念~~~~~~~~~怨念怨念怨念....碎碎念
恨你们~~恨你们~~~怨念~~~~~~~~~
喂喂，真有喝液氮的人吗？
的回应：恨你们~~恨你们~~~怨念~~~~~~~~~第一次抢撒花。。居然抢到了。。鸡冻。。
酱油材料这么贵！
物理快忘光了已经快看不懂了就是来说一句碟4很不错！~~~
碟中谍4 那里可以下载非枪版吖
杀入前十！！
发现最近国内媒体什么东西都可以拿来吹嘘说是高科技~
喝液氮的同学??有视频没。体验过的出来说下感受
有机化学专业
的回应：恨你们~~恨你们~~~怨念~~~~~~~~~引用
的回应：怨念怨念怨念....碎碎念引用
的回应：恨你们~~恨你们~~~怨念~~~~~~~~~为什么呀，这一点点不算剧透吧。其他情节更精彩的，绝对不影响你的观影体验哈。
土木工程硕士生
其实就是超导悬浮啦···加个量子还真是显得高科技了·····
作者的语言很幽默啊
我一边看一边笑。。
物理学的不好啊 第三个视频里面黑色的小车 为什么都没给他力 倒上液氮就从静止状态运动了呢
的回应：物理学的不好啊 第三个视频里面黑色的小车 为什么都没给他力 倒上液氮就从静止状态运动了呢 1：55秒开始
以前见过超导悬浮的介绍，好熟悉。
构造地质学博士、科学松鼠会成员
“在皮肤和固氮间形成薄薄的一层气体”居然在骤热条件下也能形成类似vapor film的东西...我还一直认为是淬冷物体的专利呢。
显然阿汤哥已经去潘多拉偷了块石头回来。
感觉谣言粉碎娘，心事鉴定组，环球科技观光团，创意科技哥可以联合做一期谍中谍4的专题，可以讨论的实在太多了...当然性情大叔也可以插一脚...那个...下一次，还是我来勾引阔佬~~是吧？哈哈
这个……我这个学期刚好在学校看过这个实验……
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