量子卫星通信

崔金泰

    ①2016年8月16日，我国成功发射了世界上第一颗量子卫星——“墨子”号。它的成功发射，把量子实验从地面搬上太空，从而构建一个天地一体化的量子保密通信和科学实验体系，这必将开创安全通信的新时代。

    ②量子卫星之所以能保障通信安全可靠，是因为量子卫星让信息传递者和接受者交换令信息无法被破解的量子秘钥，而这个秘钥利用量子的奇异特性实现的，它是“量子纠缠”。

    ③20世纪80年代初，法国科学家阿兰•阿斯佩首次用实验证实了“量子纠缠”现象的存在。这里所说的量子纠缠，是指在两个处于“纠缠态”的微观粒子中，无论它们相距多么远，若对其中一个的特性进行任何修改，那么就像孙悟空和其分身“心有灵犀”一样，都会立即在另一个粒子上出现反应并做出相应改变。利用这种特性产生的量子密钥，就可以保证任何外人都无法破解通信密码。因为量子密钥一旦被截获或被测试，其状态就会立即发生改变。有人对此用“肥皂泡”作了形象的比喻：               

    ④那么，天地之间是如何进行量子通信的呢？具体来说，先将量子信号从地面发射并穿透大气层，卫星接收到量子信号并按需要将其转发到另一特定卫星，即量子卫星上；量子信号再从量子卫星上穿入大气层到达地球某个角落的指定接收地点。     量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗，     在技术上能实现纠缠光子在穿入大气层后仍然保持其纠缠特性，     就可在量子卫星帮助下实现全球化量子通信。

    ⑤“墨子”号量子卫星通过使用信息加密技术，使其可以在相距数千千米的通信者之间分发量子密钥。这颗卫星开始是在北京和乌鲁木齐之间分发量子密钥，然后还计划向奥地利发送量子密钥。它的预定目标是，在两年内利用卫星建立一个可靠、不会被破解的通信网络， 并为建立全球量子通信网络奠定基础。

    ⑥在量子卫星未发射之前，我国多家企业已将量子密钥分发技术投入市场，并在银行之间或政府机构之间建立了这类网络。但是这些光纤网络只能在数十千米的距离内发挥作用， 再远就不行了。因为在地面传输信息时，光子通过空气和光纤时会被分散和吸收，从而对网络的干扰较大。有了量子卫星后，由于光子在太空中传播几乎没有损耗，因而量子卫星开展的量子通信实验距离为1200千米，远远超过了陆地上300千米的最远距离。

    ⑦总之，量子卫星不仅是一种全新的加密通信手段，并将成为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益普遍的电子服务安全基石，成为保障未来信息社会的重要基础之一。

数字时代，我们的大脑被改变了

晓晖

    人类的大脑是可塑的，当人类生活方式改变时，大脑也将会发生变化。当远古人类首次发现如何使用工具时，人类的大脑就受到迅速而明显的影响。数字时代，我们的生活方式发生了巨大的变化。当我们每天离不开网络、离不开手机时，我们的大脑是否也被改变了？科 学家认为，对网络科技的尝试依赖，不仅改变了人们的思维方式，也改变了人类的大脑结构。

    人类并不是天生就会阅读的。在正常情况下，理解和运用口头语言的能力由人类基因决定的程序形成，而阅读能力的形式却需要每个人的刻苦练习。这些在我们浏览网站时是体会不到的。虽然两种行为都被称为阅读，但对书箱的深阅读与在网页上为了获取信息耐蚝的阅读是不一样的，两者有同的阅读体验，并且培养出不同的阅读技能。

    传统阅读需要耐心，而数字阅读堪称“耐心杀手”。以微博为例，浏览一个微博页面只要几分钟，眼睛在每条微博上停留的时间只有几秒。不断地扫视、浏览、搜寻感兴趣的关键词，点击阅读——这个过程因为信息的丰富性、多样性而足够刺激，但显然不足以锻炼耐心。一本优秀的图书通常是有内在的逻辑框架的，只有进入这一逻辑框架，才能说是阅读。而网络内容特别是微博这样的社交媒体每一条都互不关联，跳跃性的阅读当然谈不上深入和逻辑了。

    大脑和肌肉一样，是很有适应能力的，给它什么刺激就会发展什么样的模式。习惯于数字阅读的快速、跳跃、浏览，就难以适应传统的慢速、品味和思考的阅读方式。

    数字时代，智能手机和互联网已经完全渗入到了每个人的日常生活中。在信息时代长大的“数字原住民”，因长时间用拇指操控智能手机和上网，从而改变了大脑形成神经通路的方式，更适应碎片化信息，也更善于利用网络资源，但结交线下朋友的能力却越来越弱。

（选自2015年《百科知识》，有删改）

链接一：人们可以分成两类别：数字原住民（出生于数字时代）和数字移民（出生在数字时代前，但现在开始应用数字工具的人）。前者更依赖于用招待费输入 ，而后者阅读他人表情的能力则更胜一筹。上网时，前者和后者的大脑受到的训练是不一样的，尤其在社交和学习能力上，是两种完全不同的模式。科学家发现，互联网虽然影响着所有年龄层的人群，但受影响最大的还是数字原住民。（节选自加里•斯莫尔《网络化大脑：适应现代大脑的技术变革》）

链接二：“过去几年中，我一直有一种不舒服的感觉，觉得某些人或某些东西正在摆弄我的大脑，重塑中枢神经系统，重置记忆。我的大脑正在变化，我目前的思考方式与过去相比已经截然不同，当我阅读时，能最为强烈地感觉到这一点。全神贯注于一本书或一篇长文，曾经是易如反掌之事，我的大脑能够抓住叙述的演进或论点的转折，我曾耗费数个小时徜徉在长长的诗行里。但如今不再如此，往往阅读两三页后我的注意力就开始漂移了。我变得焦虑不安，开始寻找其他事情来做。我感觉我一直在试图将自己任性的大脑拽回到书本，过去曾经甜美如蜜的阅读已变成一场战斗。”（节选自美国打桩专家尼古拉斯•卡尔《网络也有黑暗一面》）

链接三：美国心理学家玛丽安娜•沃尔夫说：“我们并非只被阅读的内容影响，我们也被阅读的方式所影响。”网络所倡导的将“丰富”与“时效性”置于首位的新阅读方式，可能已经削弱了我们进行尝试阅读的能力。几百年前的印刷术，让阅读长而深奥的作品成为寻常之事，也让人们能坐下来静心阅读，而在线阅读时，我们只不过就是个“信息解码器”而已。我们对文句的诠释，尝试阅读时形成的丰富精神联想，在很大程度上已经弃我们而去。（摘自网络，有删改）

链接四：与我们平时在网上进行的浅阅读相反，深阅读是一种渐渐被忽视的阅读行为。深阅读的消失将不利于伴随着网络长大的后代的智力和情感发展，也会影响人类文化重要组成部分——长篇小说、史诗等文学类型的传承，这些作品只有经过阅读训练的人才能欣赏。近期研究已经证明，深阅读是一种慢速的、沉浸式的、有着丰富的感官细节和复杂的情感、精神体会的阅读，是一种独特的阅读体验，与单纯的认字型的阅读完全不一样。虽然严格说来，深阅读的载体不一定非得是传统的纸质书，但印刷品的天然的限制对于深阅读体验却是十分有益的。比如，纸质书上是没有超链接的，这样读者就少了一些干扰——不用纠结是不是得点开链接，从而能保持全身心地沉浸在书中的文字里。（摘自网络，有删除）

赵州桥横跨在洨河上，是世界著名的古代石拱桥，也是造成后一直使用到现在的最古的石桥。这座桥建造于公元605年左右，到现在已经一千三百多年了，还保持着原来的雄姿。到解放的时候，桥身有些残损了，在人民政府的领导下，经过彻底整修，这座古桥又恢复了青春。

赵州桥非常雄伟，全长50.82米，两端宽9.6米，中部略窄，宽约9米。桥的设计完全合乎科学原理，施工技术更是巧妙绝伦。唐朝的张嘉贞说它“制造奇特，人不知其所以为”。这座桥的特点是：（一）全桥只有一个大拱，长达374米，在当时可算是世界上最长的石拱。桥洞不是普通半圆形，而是像一张弓，因而大拱上面的道路没有陡坡，便于车马上下。（二）大拱的两肩上，各有两个小拱。这个创造性的设计，不但节约了石料，减轻了桥身的重量，而且在河水暴涨的时候，还可以增加桥洞的过水量，减轻洪水对桥身的冲击。同时，拱上加拱，桥身也更美观。（三）大拱由28道拱圈拼成，就像这么多同样形状的弓合拢在一起，做成一个弧形的桥洞。每道拱圈都能独立支撑上面的重量，一道坏了，其他各道不致受到影响。

（四）全桥结构匀称，和四周景色配合得十分和谐；桥上的石栏石板也雕刻得古朴美观。唐朝的张鷟说，远望这座桥就像“初月出云，长虹饮涧”。赵州桥高度的技术水平和不朽的艺术价值，充分显示了我国劳动人民的智慧和力量。桥的主要设计者李春就是一位杰出的工匠，在桥头的碑文里刻着他的名字。

学习的大脑

彼得·霍林斯

这个场景你大概很熟悉——你走进考场，只能回想起你所“学习”的一小部分知识，尽管你在考前竭尽全力，彻夜复习。你可能还认识一些成绩优秀的人，他们似乎能够记住一切事情。他们可以轻松地吸收所有知识，并将其长期留存在记忆里，随考随用。他们的学习时间甚至还没有你长。当你闷在屋里用红色、黄色和绿色的笔标记同样的段落时，他们可以在外面骑自行车，甚至参加热狗竞吃比赛。为什么？怎么回事？这不公平。

你之前可能感觉到了自身认知能力的极限，拼命想要超越它。不过，在强调我们之前在学校学过的那些策略前，我们应该先试图理解和顺应大脑的自然能力。当你的大脑能够更好地吸收、处理、分析和回忆信息时，它一定是一个有效而强大的大脑。

1953年， 亨利·莫莱森(Henry Molaison)精神失常了， 为了阻止癫痫的不断恶化， 亨利的医生从他大脑两侧小心地取出两块大拇指大小的结构。癫痫症状的确消失了，但亨利患上了永久性失忆症。亨利·莫莱森的长期记忆没有受到影响。他甚至可以暂时学会基本的新技能——但他永远无法将其转化为记忆。

莫莱森的经历证明，记忆功能与颞叶内侧部中的海马紧密相关，它能将我们当前的感受转化成未来可以回忆的固定记忆。海马是创造记忆的结构。没有它，我们仍可以拥有丰富多彩的当前经历，但是无法以“存储”记忆的形式回味它们。

让我们回到在重要考试前突击学习的问题上来。我们知道，大脑在生理上直接决定了我们对事物的记忆程度。那么，如何确保我们所采用的是最佳学习方法呢？

我们应该将学习过程分解成几个独特的方面。从本质上说，一切学习都可以分解成三种功能。

首先是信息的吸收。简单地说，我们需要准确感知眼前的事物，对相关细节关注足够长的时间，让它们渗透到我们头脑里。实际上，只要在一开始花费足够多的时间关注想要记忆的事物，他们就可以获得很好的记忆。如果你“忘记”了某种重要信息或者某人说的话，这可能是因为你当时在关注其他事情，并没有把相关数据吸收到大脑里。也许，你之所以把钥匙忘在柜台上，不是因为你的记忆机制没有工作，而是因为你在本该拿钥匙的时候把注意力放在了手机上， “忘记”了拿钥匙。

大脑学习的第二个方面是信息综合，即大脑是如何分析、处理、操纵和理解你在吸收阶段摄取的信

息的。大脑的工作是不断筛选和过滤信息，确定每一种信息的含义，将重要感觉放在上下文中解读。即使在阅读这段文字时，你也需要小心地忽略大量感官数据，以关注你所感兴趣的少数感觉。你的大脑一定在高速运转，以便解读这些随机黑色符号的含义，进行筛选分类，访问记忆库，以理解眼前的词语，比如“记忆”和“库”这两个词语，并在头脑中为其创建图像。综合意味着为信息赋予含义和重要性，使你的大脑理解这些信息。例如下国际象棋时，在倾听完规则后，你的大脑需要将所有信息组合起来。你可能会思考能否以某种方式移动马和车，或者两个棋子在某种棋盘布局中相遇时会发生什么。此时，你开始真正理解你所吸收的信息。你在头脑中思考这些规则，考虑它们适用的场合和方式，研究游戏的限制条件，试图真正理解可能的“走法”。没有综合的吸收相当于信息从左耳入再从右耳出，而没有吸收的综合则是不可能的。

大脑学习的最后一个方面是信息保持(即记忆)。实际上，如果我们对于自己掌握的专长没有任何记忆，那么我们并没有真正学到什么东西。面对棋盘，你需要回忆每个棋子的所有走法、你过去下过的棋以及你从中吸取的所有经验教训。没有这种知识，你就不能有效地下棋。实际上，如果你在学习之后不能随心所欲地将学习内容回想起来，那么任何技能和知识都是没有用的。没有综合的记忆意味着你可能在使用不正确的信息。

所以，学习可以归结为吸收、分析和记忆这三个重要方面，我们很快就要对其进行详细讨论。每个步骤都有赖于其他步骤的合理执行。它们必须按顺序展开，否则后面的步骤就会根基不稳。记住，本文关心的是海马在记忆环节的作用。通过理解大脑在这方面的客观规律，我们可以改进学习过程，利用你已经拥有的大脑功能。