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量子通信有何“特异功能”?

gecimao 发表于 2019-06-10 19:03 | 查看: | 回复:

  据报道,我国将于近期择机发射首颗量子科学实验卫星。如果卫星成功运行,我国将成为世界上第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。量子通信究竟有何“特异功能”?

  随着信息时代的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限。而以量子效应为基础的量子通信,被认为具有高效率和理论上绝对安全等特点,有望开启一次新的技术革命。

  在微观领域中,某些物理量的变化是以最小的基本单位跳跃式进行的。这个最小的基本单位统称为量子,包括原子、电子、光子等。对量子通信来说,最重要的两个理论基础是不确定性原理和不可克隆原理。前者认为,一个量子的某些物理量(如位置和动量、时间和能量等),不可能同时具有确定的数值;其中一个量越确定,另一个量的不确定程度就越大。后者表明,量子是不可复制的。举例来说,如果一枚旋转着的硬币是量子世界中一个物体,一旦你要复制它,势必要对它进行测量,而这种外来的行为就会改变硬币的运动状态。

  当前普遍使用的、以数学为基础的密码体制,始终存在着被破译的风险。如果量子通信过程中存在窃听或者信息复制等测量行为,由于量子密码具有不确定性、不可克隆性,因而窃听者是永远无法获取全部信息的。

  由于地球曲率的影响和光纤损耗的增加,在地面间实施远距离量子通信尚面临困难。特别是,光纤中的光子衰减问题,使得“两点之间距离”最多只有100公里。而光子在自由空间中的传输,可以大大突破这种传输距离限制,因此卫星与地面之间的量子通信成为一种更好的选择。

  要实现星地量子通信,首先要通过一个捕获、跟踪、瞄准系统,建立起量子密钥分配所需的通信信道。密钥分配的通信链路建立之后,根据相应的量子密钥分配协议,便可在通信两端产生绝对安全、无法窃听的共享密钥。通过卫星这个载体,不但能够实现星地间量子通信,而且还能实现全球任意点对点的量子通信。

  为应对挑战,中国科技大学和中科院上海技术物理研究所等联合进行了科技攻关,并取得多项重要进展。例如,提出完整的星地量子通信系统方案,并在青海湖畔顺利完成世界首次浮空平台量子密钥分发试验等。此次即将发射的量子科学实验卫星,能够实现从北京到新疆的量子通信。在此平台上,科学家们还将完成空间大尺度量子科学实验。记者黄海华

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