环球网1月8日报道,中国科技大学研究团队实现新的突破:成功实现4600公里星地量子密钥的分发。此举标志着我国已构建出天地一体化广域量子通信网雏形,著名的《自然》杂志评价称,这是地球上更大、更先进的量子密钥分发 *** ,是量子通信“巨大的工程性成就”。
又一个全球之一!中国量子技术取得的突破,不但具有重要的经济、科技意义,更具有重大的国防和军事意义。
要理解量子通信密钥分发这个“世界之一”,就必先了解一下量子世界的独特性。量子世界和我们所认识的宏观世界是完全不同的形态,适用于宏观世界的物理定律完全不适用微观世界。在量子世界里有一系列有趣的现象,而现在我们所使用的量子通信,也是量子世界独特物理现象的一种——量子纠缠。
所谓量子纠缠,就是说两个相同的量子之间无论距离多远,当一个量子进行某种运动时,另一个量子就会跟着做同样的运动,而且这两个量子之间不存在任何宏观意义上的联系。这一现象是人类至今无法解释的,因此只能称之为“量子的魔鬼纠缠”,简称“量子纠缠”。而量子通信技术,就是利用量子纠缠原理实现。
量子通信的基本原理就是制备一对具备“量子纠缠”特性的量子,然后一个放在A通信站、另一个放在B通信站,当A通信站的量子运动时,B通信站的量子就会立即作出相同轨迹的运动。当人们把需要传输的信息内容以量子运动的方式发送出去,在接收端通过量子运动还原成信息,这就是量子通信的基本原理。
量子通信更大的优势在于保密。这是量子另一种独特的性质所决定:不可观测。简单来说,就是除了正在通信的A、B双方外,如果突然出现另一个观测方C,则量子的运动状态会立即改变。而量子运动状态改变,等于提示A、B双方:信息泄密,而C方接收到的量子信息也和A、B方接收到的完全不一样。由于量子运动状态有不可知性,所以这种通信方式从原理层面上就是不可破译的,因此可以保证加密信息的传输不受外界监测。
除了不可破译的特性外,量子通信技术还不受其他客观环境的影响:例如常规的无线电波很难穿透海水(长波除外),因此对潜通信一直是各国海军头疼的问题,但只要在潜艇和地面指挥所各放置一套量子通信设备,那潜艇就可以随时随地无障碍接收来自地面指挥部的指令,指挥员甚至可以直接和艇长视频通信。是不是觉得太震撼了!
量子通信技术的第三个特性:速度特别快,带宽特别大。在传统的电子计算机领域,最基层的组织是以0和1两个数字存在的,通过不同的排列组合来表示不同的意义。电脑系统需要用断电和通电来分别表示0和1两个数据,所以即使切换速度再快,0和1也是需要一个一个信号发送的。但在量子状态下,每一个单独的量子可以同时代表0和1两个数字,理论上量子传输的带宽可以达到无限大。
据媒体报道,我国2016年发射的“墨子”号量子卫星上,一共放置了7个量子,和地面控制站中的7个量子配对,可以代表0~127这么多个数字,传输效率是现在5G系统的128倍!有理由相信,如果进一步挖潜的话,这个理论上的“无限大”是有可能实现的。
而且除了量子通信技术,中国现在还研制成功了著名的量子计算机“九章”,它的能力已经远远超出当前最牛的超级计算机。在计算著名的“高斯玻色取样”中,“九章”计算机200秒的计算结果,足够当今最强大的超级计算机计算6亿年。做到这一点,“九章”仅仅只取了76个光子。如果能够取用更多的光子,量子计算机的能力还会有进一步的强化,这已经远远超出了电子计算机的技术极限,说是下一个时代的科学技术也不为过。
32年前,人类首次量子通信传输在实验室诞生,当时的传输距离只有32厘米。如今,中国的科学家们把这个距离扩展到了4600公里。在未来,量子通信设备将会伴随我们遨游太空、深入大洋,而量子计算机将会成为中国未来数十年高科技发展的一块重要基石。
近代以来,积贫积弱的中国已经错过之一、第二次技术革命,在第三次技术革命中勉强跟上并有超越的势头。当以量子计算为代表的第四次技术革命到来时,相信我们一定能领跑全球,并把美国和西方远远甩到身后。
墨子号量子卫星再传捷报 中国量子领域捷报