量子衛星太空競賽，美國落後、中國將勝出？

能進行量子衛星傳輸的國家，將擁有許多新優勢，代表它能替存放在次原子粒子中的高度敏感機密，進行加密。

如有任何人想要測量這個粒子，便會改變粒子的特性，一旦信息被駭，情報機關便能立刻得知。也許在不久的將來，詹姆斯龐德和MI6便會透過衛星傳遞的光束，來回傳送密碼。

因此，「許多研究團體正在建造可供衛星承載的量子傳輸設備」，加拿大安大略省滑鐵盧大學物理學家Thomas Jennewein表示，「基本上，現在各國已經展開了量子衛星的太空競賽。」

雖然日本研究人員計畫在2014年發射一枚名為蘇格拉底（Socrates）的雷射通訊衛星，同時在此衛星上進行小型的量子實驗，但中國卻是唯一一個計劃發射量子通訊專屬衛星的國家。

中國科學技術大學上海研究院物理學家陳宇翱表示，中國的衛星將進行多項量子傳輸技術的可行性實驗，包括研究量子金鑰分配（quantum key distribution）、糾纏態分享（entanglement distribution）和量子傳輸等。他的團隊在潘建偉教授領導下，成功創下最新的量子傳輸距離紀錄。不過，目前所面臨的最大困難，是如何將實驗中使用的大型設備加以縮小。

接下來的數年之內，中國太空機構計畫投入5.54億美元，贊助五枚科學衛星，其中之一將專門用於量子通訊。

這將成為中國新的發展方向。雖然目前尚不知道量子通訊計畫的預算規模為何，但Zeilinger預估，可能介於5千萬到1億美元之間。但在此同時，歐洲和加拿大卻縮減了量子通訊實驗的預算。

這將是中國的優勢。

不少研究團隊排隊想與中國合作，同時利用中國衛星進行量子傳輸研究。「我們已經與奧地利簽訂協議，當衛星通過奧地利時，讓予當地研究人員使用」，陳宇翱說，「德國、加拿大、義大利和其他團隊，都想參與此項計畫。」

不過，在這一波競賽當中，美國近來卻因國內相關計畫陷入混亂而缺席了。

2008年美國曾歷經一波計畫重整，新創立的情報先進研究計劃署（Intelligence Advanced Research Projects Activity，IARPA）——像是專門為間諜所設的高級研究規劃局（DARPA）——自國家安全局及國家標準與技術研究院手中，接下量子計算研究基金之後，就宣布不再資助各項量子通訊研究計畫，只因為不想贊助其他機構主導的計畫。

「首當其衝的影響，就是量子通訊計畫陷入混亂，最後大部分的研究只好宣告終結」，新墨西哥州Los Alamos國家實驗室物理學家Richard Hughes說。當時許多量子通訊研究人員相當沮喪，甚至致函給白宮科學技術政策辦公室主任John Holdren表達關切。

今年，美國政府機關又重新燃起對這項研究的興趣。「他們已落後4年之久，其他國家可沒光站在那兒等著」，Hughes說，「尤其是中國，過去四、五年來在國際科學領域中，益發強大，進步飛快。」

為了在量子通訊領域中位居上風，所有利益攸關的國家，都競相發展相關科技。除了研究如何縮小量子傳輸機器的體積、送它們上衛星之外，工程人員也正在努力讓它們能24小時運作。目前量子傳輸實驗只能於晚上進行，因為白天的太陽光會「洗掉」研究人員傳送的訊息。

「遠距傳輸量子訊息和進行量子計算的最大挑戰，在於如何保存好量子訊息」，Bonnett說。既然在進行傳輸時，光子甚至在0點幾秒之內就會被大部分的媒介素材吸收，因此如何延長它的保存期限，將是一大挑戰。

除了積極研究之外，各國也都密切注意著彼此之間的最新發展。

「我們並非擔心，但當然會睜大眼睛密切注意，而且會和不同的研究團體交流一下」，Jennewein說，「我們知道，如要及早卡位，就必須不斷進步。」

Ursin認為，如果他的奧地利團隊能獲得足夠資金，預計在4到5年內，便可發展新的實驗。但Hughes卻承認，要推動量子傳輸普及化，讓一般人在日常生活中都能使用，還有很長的一段路要走。

也許再過短短十年，量子傳輸便可克服技術層面問題，得以實現，但並非所有新的科技，一出來便立刻被採用。例如手機技術，雖然早在40年前就已經發展出來，卻一直被視為是笨重無用的物件，直到近期才成為不可或缺的生活用品。儘管如此，研究人員已準備好，迎接新一波的突破。

「對我們來說，這些新科技未來會不會被使用，並不是問題。問題在於，它們何時、以何種方式、在何處可以成為日常必需品」，Jennewien說。