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量子通信卫星“墨子”将发射:世界首例、军事价值巨大

发布时间:2019-06-12 04:04 来源:未知 编辑:admin

  我国首颗量子科学实验卫星“墨子”将于8月16日凌晨在酒泉发射中心发射。在媒体的宣传之下,量子通信这种“高大上”的技术成为近期的热门话题,其军事应用前景也被广泛讨论。那么,量子通信对军事领域有何意义?量子通信真的有那么神吗?

  在媒体关于量子通信科普的“狂轰滥炸”之下,大家已经对量子通信有了一定的认识,即使不理解量子通信科普中提到量子纠缠、量子态隐形传输等平时难得一见的词汇,但也应该记住了量子通信的“最大的本领”之一——保密。

  量子是最小的、不可分割的能量单位。与经典世界不同具有测不准、不可克隆等性质,这些特性构成了量子通信安全性的基石,其安全性是在数学上已经获得严格证明的安全性,这是经典通信迄今为止做不到的。

  此外,量子态的可叠加性和非定域性,让量子通信又具备了存贮容量大和传输距离远的特性。极具吸引力的特性让量子通信成为各国争先恐后的研究对象,中国在量子通信技术领域在理论和实验方面均走在世界前列,有些方面甚至处于世界领先地位,“墨子”的发射成功使中国成为世界上首个发射量子通信卫星的国家。

  军事信息通信需要高效率、大容量传输和隐蔽性等特点,而量子通信技术正好能满足军事信息通信的要求。因此,量子通信理论一经提出,就被认为是一项在军事领域有极大应用价值的技术。

  量子通信被认为是面向未来的全新通信技术,在安全性和高效性上具有经典通信无法比拟的优势,它对未来军事通信发展的影响不可估量。从目前量子通信技术的发展来看,其在军事信息系统、隐蔽通信和信息对抗等主要方面得到应用。

  军事信息系统需要高速率、大容量传输及处理的能力,量子通信的超大信息容量和超高通信速率正好能满足军事系统的特殊需求。在隐蔽通信方面,通信隐身的关键是降低电磁辐射,而经典通信都需要通过电磁波来传输信号,特别是远程无线电通信需要辐射很强的电磁波,即便是激光通信也要辐射很强的光波,这就破坏了通信隐身的条件。由于量子通信既无电磁波辐射,又无光波辐射,使通信真正实现了隐蔽。

  量子通信用于信息对抗主要体现在在量子密码窃听可知性的特性,量子通信技术从根本上解决了秘钥的安全性问题,任何对量子信道进行监测的努力都会被某种监测方式干扰在信道中传输的信息,发送方和接收方均能发现窃听者的存在。

  在新兴的量子通信领域,空间量子通信已经成为发展的热门。空间量子通信将一部分设施安装在卫星上,好处是有利于光子的长距离传输,再与地球范围内的量子通信链路相结合,建立一个覆盖全球的量子通信网络。此次我国发射的量子科学实验卫星就是为了实验和验证空间量子通信的相关技术,为未来空间量子通信实用化进行探索。

  想象力永远是人类改善生活的希望。1945年10月,英国空军雷达军官阿瑟·克拉克提出了著名的基于3颗地球同步轨道的全球卫星通信覆盖设想。人类在1957年叩开太空的大门之后,逐渐实现了运用通信卫星进行跨洋通信的梦想。随着信息全球化的推进,卫星通信发挥着越来越重要的不可替代的作用。

  一个国家的通信卫星的技术水平是反映该国综合科技和经济实力的重要标志之一。美国、欧洲等国家都非常重视通信卫星的发展和部署,据悉,当前,在美国在轨440余颗卫星中,通信卫星有308颗(其中静止轨道通信卫星192颗);在欧洲130余颗在轨卫星中,通信卫星有88颗,通信卫星的作用和地位可见一斑。

  目前,军事通信卫星使用的频段主要有UHF频段、X频段、Ka频段和EHF频段。其中UHF和X频段的使用最早、也最为广泛,分别满足战术移动通信和战略宽带通信的需求。20世纪90年代开始,EHF频段和Ka频段开始得到应用,前者主要解决高保密安全通信,后者则是面向宽带应用。如果仅从频段的角度来看,应用UHF频段的卫星占比约50%,应用X频段的卫星占比约50%,应用EHF频段的卫星占比约25%,应用Ka频段的卫星占比约为40%。

  从通信安全的角度来看,军事通信卫星系统一般可以分为三个层次:第一层是核心层,即具备抗干扰与抗核加固能力,承担重要的战略通信任务,一般采用EHF和X频段;第二层是军事专用层,不具备较强的抗干扰能力,但专为军事需求设计,一般采用UHF、X和军用Ka频段;第三层是民用专用层,主要针对民商用途设计,一般采用L、C、Ku和民用Ka频段。而目前大部分Ka频段应用也主要是在第二层,军事专用层。

  我国从1984年成功发射第一颗地球静止轨道试验通信卫星——东方红二号开始,陆续发射了20多颗通信卫星。据国外媒体报道,中国拥有多颗军用通信卫星,对外称呼统一采用中星-XX,与国外大多数采用经典通信方式的军用通信卫星一样,其在干扰能力上都有欠缺。与微波通信技术相比,空间量子通信具有很大的发展优势,它的发展为未来空间通信提供了新的手段。

  经过5年多的研制,我国首颗量子通信科学实验卫星终于将要发射,该卫星设计寿命为两年,结合预计今年建成的地面“京沪干线”千公里级广域量子通信骨干网络,我国将有望初步构建空地一体广域量子通信体系,这是建设全球化量子通信网络的第一步。

  空间量子通信的军事意义不言而喻,但目前离实用化还有一段路要走。此外,量子通信也不是像一些媒体说的那样绝对安全。量子通信从量子力学的原理上来说是绝对安全的,但是实际上量子态可以被近似地克隆。比如在信道中将部分量子态截获下来,这就是量子克隆机对量子密钥分发的攻击。这也是武器矛盾发展的体现,量子通信可能会成为军事领域的颠覆性技术,与它相关的对抗技术也会成为各军事大国研究的热点。

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