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量子通信的现状及发展前景

发布时间:2019-06-07 10:06 来源:未知 编辑:admin

  下月我国将发射世界首颗量子科学实验卫星,并在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,构建天地一体化的量子保密通信与科学实验体系。

  量子理论被认为是继牛顿经典力学后,人类科学的颠覆性发现。量子通信,即利用量子纠缠效应,来传递信息。什么是量子纠缠?通俗地说,就像心电感应。量子力学研究发现,宇宙中任何一个粒子都有“双胞胎”,二者即使隔开整个宇宙的距离,也仍然一直保持同步同时同样的变化。一对粒子同步同样变化的状态,就是量子纠缠态。处于量子纠缠的两个粒子,无论分离多远,它们之间都存在一种神秘的关联。

  利用这一原理,人们可以制备出一对纠缠粒子,把它们放在不同的位置,当这边的粒子一动,对端的粒子立刻就接收到信息。这就是量子通信。

  目前我们讨论的“量子通信”,主要包含两个应用方向:一是用量子技术取代目前技术(光缆)来传递信息;二是仍用目前技术传递信息,但信息加密的秘钥用量子原理来分配、传递秘钥。

  量子保密技术被普遍认为是“理论上百分百不可破译截获”、“百分百安全”,主要基于两个原理:海森堡测不准原理和量子不可复制原理。量子密码通信传递的不是信息本身,而是传递密钥,甲发送确定状态的光子,乙采用收发器接收,而后甲乙互相对应光子状态,一旦发现光子状态改变,即可确认被窃听。

  但最大的难题是:光子会丢失。光子发射一段距离后就会衰减,若没有中间站“在路上帮它调整状态”,它就无法完成穿越。

  因此,量子通信要解决的两个基本问题就是:让光子保持量子纠缠状态的距离变得更长、让光子传输的速度更快。在同等技术条件下,中间基站(或称“节点”)的质量非常关键。

  理论上,即使是量子计算机,也不可能破译量子秘钥,然而实际应用中,仍有许多因素可能导致秘钥泄露。尤其是中间基站,需要先接收,再发送,容易存在被截获的漏洞。

  目前,欧洲主攻传输中的中转基站技术,美国主攻量子计算机的硬件,中国主攻长距离量子加密通信。总体而言,欧洲领先美国,而中国在实际应用方向走在前列。

  今年7月,中国将发射首颗“量子科学实验卫星”,这颗卫星将推动实现无光纤的空中通信。该卫星搭载量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源、量子试验控制与处理机等有效载荷,可与地面上相距千公里量级的两处光学站同时建立量子光链路。

  量子卫星发射后,天地一体化量子科学实验系统将投入正式运行,完成的科学实验任务包括:星地高速量子密钥分发、广域量子通信网络、星地量子纠缠分发以及地星量子隐形传态等。

  量子通信作为未来通信安全的关键技术,必将会大规模商用,为信息社会的发展提供可靠的安全保障。

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