如何看待日本超小型卫星 SOCRATES 量子通信实验成功？
首先，SOCRATES 是什么？
SOCRATES 顾名思义，它是一颗超小型卫星，英文全称是 "Small Optical Communication And Ranging Experiment Satellite"。你瞧这名字，就知道它的核心任务是光学通信和测距。而最关键的点在于，它装备了 量子通信载荷。这意味着它不是一颗普通的通信卫星，而是专门为了验证和演示量子通信技术在太空中的可行性而设计的。
超小型卫星，这个概念本身就很有意思。过去我们提到航天器，大家脑子里可能都是大家伙，体积庞大，造价高昂。但近年来，随着技术的进步，尤其是微电子技术和封装技术的飞跃，小型化、模块化已经成为航天器发展的一个重要趋势。SOCRATES 的成功，就是这一趋势下的一个具体成果。这背后体现的是日本在微纳卫星技术上的深厚积累，能够在有限的体积和重量内，集成如此尖端的量子通信设备，本身就是一项了不起的成就。
其次，量子通信，又为何如此重要？
讲到量子通信，咱们得先明白它跟我们现在用的传统通信有什么本质区别。咱们现在用的手机、互联网，都是基于经典物理学的原理来编码、传输和解码信息的。这种方式，尽管在很多方面已经非常成熟，但它有一个致命的弱点—— 安全性是相对的。也就是说，理论上，只要算力足够强，总有可能破解加密信息。
而量子通信，它是利用量子力学的原理来传递信息的。最核心的两个原理是量子叠加和量子纠缠。简单来说，量子通信最出名的应用就是“量子密钥分发”（QKD）。通过发送单个光子（或者光子的量子态），并利用量子叠加的特性，可以生成一对完全随机且无法被窃听的密钥。一旦有人试图窃听，比如测量了这个光子，那么它的量子状态就会发生改变（这就是所谓的“测量坍缩”），发送方和接收方都能立刻察觉到被窃听的痕迹，并放弃这次通信。这就好比你发送一份文件，只要有人打开看了一眼，文件就会自动销毁，而且你立马就能知道有人偷看了。这种绝对的安全性，是传统通信方式无法比拟的。
那么，SOCRATES 的成功，在量子通信领域又意味着什么呢？
1. 地面到太空的量子通信验证： SOCRATES 实验成功的关键在于，它实现了从地面站向太空中的超小型卫星发射量子密钥，并且验证了通信的可靠性和安全性。这意味着，我们不再仅仅是在实验室里或者近距离地上进行量子通信实验，而是将这项技术推向了更广阔的宇宙空间。这对于构建全球性的量子通信网络至关重要。
2. 超小型卫星平台的潜力展示： 如前所述，SOCRATES 是一颗超小型卫星。用如此小的平台来承载和实现量子通信实验，显示了微纳卫星在承载先进技术方面的巨大潜力。这为未来部署更大规模、更具成本效益的量子通信卫星星座奠定了基础。想象一下，未来我们可以在成本可控的前提下，发射一大批小型卫星，组成一个覆盖全球的量子通信网络，那将是多么颠覆性的改变。
3. 地面与太空信息安全的新篇章： 量子通信的安全性优势，对于国家安全、金融交易、军事通信等关键领域具有极其重要的意义。当信息需要在地面和太空之间传递时，例如卫星与地面指挥中心之间的通信，一旦被窃听，后果不堪设想。SOCRATES 的成功，预示着未来这些高价值信息的传输可以得到前所未有的保障。
4. 进一步的技术优化和迭代： 任何一项前沿技术的成功，都只是一个开始。SOCRATES 的实验结果会为后续的研究提供宝贵的数据和经验。例如，如何进一步提高量子信号的传输效率，如何克服大气层对量子信号的影响，如何设计更高效的量子纠缠分发机制，以及如何将量子通信与现有的通信基础设施更有效地结合等等，这些都是科学家们下一步需要攻克的难题。
那么，我们该如何看待这个成功？
我认为，这是一个非常值得肯定和深入研究的进展。它不仅仅是日本在航天和量子技术领域的一次突破，更是为全球量子通信的发展注入了新的活力和方向。
技术前瞻性： 日本选择在超小型卫星平台上验证量子通信，体现了其对未来技术发展趋势的敏锐洞察。它将“小而精”的卫星技术与“颠覆性”的量子通信技术相结合，展现了强大的技术集成和创新能力。
安全与信任的基石： 在一个信息安全问题日益突出的时代，量子通信的安全特性无疑为构建可信的信息基础设施提供了新的可能。SOCRATES 的成功，让这种可能性变得更加触手可及。
合作与竞争： 这项技术的成功，也会进一步激发全球范围内在量子通信领域的合作与竞争。各国都会加大对相关技术的投入，力求在下一轮科技革命中占据有利地位。
当然，我们也应该看到，量子通信技术目前仍处于发展的早期阶段，距离大规模商业化应用还有一段路要走。空间环境的复杂性、设备的长期稳定性和可靠性、以及整个系统的成本效益，都是需要持续解决的挑战。但 SOCRATES 的这次实验成功，无疑为我们描绘了一个令人兴奋的未来图景。它告诉我们，通过持续的创新和不懈的努力，我们正一步步接近一个更安全、更高效的通信时代。
总而言之，日本超小型卫星 SOCRATES 量子通信实验的成功，是科技进步的一个缩影。它结合了先进的航天技术和前沿的量子物理，为构建更安全、更可靠的未来通信网络开启了新的大门。这不仅仅是一项技术上的突破，更是一种对未来可能性的探索和证明。
网友意见
谢多人邀请。。。
感谢广大朋友和知乎编辑的厚爱，第一次被推上知乎日报，好开心，好开心！！！
感谢观察者网的转载： 日本卫星量子通信实验成功 来和中国的对比一下
恰好科大的团队在前几天在arxiv上面挂出了我国量子卫星在量子秘钥分发方面的实验结果：
[1707.00542] Satellite-to-ground quantum key distribution
可以稍微来做一个对比。
一、日本的这项工作的重要亮点在于卫星是超小型的，只有50千克重。我国的量子卫星重量为600千克，是他们的12倍重。
二、日本卫星50千克的重量中，最重要的一个部分是Small Optical TrAnsponder terminal，也就是用来发射信号光子的，重复频率为10MHz，重量为5.9千克。我国发射信号光子部分的重复频率为100MHz，比日本高一个数量级。同时，辅助有诱骗态技术，能克服一些重要的技术上的漏洞。
我国的量子卫星发射部分示意图：
可以看出很复杂，基本就是在卫星上面搭了一遍实验室平台上的光路。
日本量子卫星示意图：
三、日本量子卫星严重压缩了重量，导致其实验结果差我国的量子卫星的不是一丁半点。他们也就是勉强实现误码率低于百分之五的安全阈值，在文章中他们展示了测量的一分钟的数据，可以看到只有其中12秒是勉强小于百分之五的。
我国量子卫星的数据如下:
在275秒范围内，都是远小于安全阈值百分之五。
并且没有在文章中找到日本他们的密钥码率有多少，估计是低到没有办法展示。只是他们在文章的最后部分说到，未来经过一系列的改进之后，可能能达到10~100 bit/s。
我国量子卫星的密钥码率数据如下：
可以看出，都是远好于未来他们改进之后的结果的。
三、卫星能完成的任务是不一样的。日本的只能做最简单的单光子量子秘钥分发，而，我国的量子卫星上面携带了纠缠源，前段时间做的超过1200公里纠缠分发的实验以封面形式发表在了最顶级期刊之一《科学》上。
https://www. zhihu.com/question/6115 8553
最近又在arxiv上挂出了他们做的卫星和地面之间的量子隐形传态实验：
[1707.00934] Ground-to-satellite quantum teleportation
四、两国量子卫星的发展前景是不一样的。
日本他们在文章的最后讨论部分写了这样的话：
他们这种微型卫星想再做进一步的提高是非常困难的。
而，我国的量子卫星这篇文章最后的讨论部分是这样的：
说的是，近地轨道的量子卫星有一些缺点，所以准备在未来发射更高轨道的量子卫星，同时需要望远镜系统，波前矫正系统等方面进行优化。并且还准备大幅提高抗干扰能力，使其能在白天也能够工作。
这篇文章的结尾是这样的：
综上所述，
日本量子卫星基本上就是，“快看，我用50千克重量的卫星就实现了误码率小于百分之五”。
我国的量子卫星是，“我才不关心卫星有多重，我的目标是星辰大海”。
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