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中國量子通信技術將保持10到15年世界領先,在世界上獨領風騷

量子通信的慨念

所謂量子通信是指利用量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通訊方式,是近二十年發展起來的新型交叉學科,是量子論和信息論相結合的新的研究領域,量子通信主要涉及:量子密碼通信、量子遠程傳態和量子密集編碼等等。

應用與用途

其實,量子通信具安全特性,不但在國傢安全、金融等信息安全領域有著重大的應用價值和前景,而且逐漸走進人們的日常生活,我國從上世紀80年代開始從事量子光學領域的研究,近幾年來,中國科學技術大學的量子研究小組在量子通信方面取得瞭突出的成績。

中國量子通信技術將保持10到15年世界領先,在世界上獨領風騷

中國已經發射瞭世界上第一顆名為墨子的量子通訊試驗衛星,運行在距地面不到500公裡的低地球軌道上,同時中國還在青藏高原海拔超過4500米的地方建設地面基站,以便更好地接收量子信號,盡最大限度消除大氣層對信號的影響。基於多個這樣的基站,再配合「墨子」號衛星,中國在境內構建起一條連接北京和上海,長度接近2000公裡的量子通訊幹線。

近日有美國專傢認為,未來5年內中國將發射運行高度超過2萬公裡的新型量子衛星,這將大大提升中國量子通訊衛星的地面覆蓋范圍。計劃於2022年升空的中國空間站預計也將攜帶實驗性量子通訊載荷,宇航員將能夠在軌道上對其不斷進行技術升級和維護。最終,中國已經非常明確的表示,他們計劃構建一個全球性的量子通訊衛星系統。

量子通信的加密手段,在理論上是完全不可能被破解。

那憑什麼說量子通信更加安全?

因為量子通信的密碼不是預先規定死的,而是在通信過程中隨機產生的

量子是啥?

中國量子通信技術將保持10到15年世界領先,在世界上獨領風騷

為何量子通信的密鑰是隨機的呢?因為相關知識太多,這裡就打一個比方。

比方說,中國要發送情報給美國,於是派瞭一個信使乘飛機過去。

這個信使從一盒撲克裡隨機抽取瞭一部分紙牌帶在身上。

(可以認為信使帶的撲克和剩下的撲克處於糾纏態,因為隻要查看一方就能知道另一方,但如果不查看撲克,撲克的狀態就是隨機的。)

等信使到瞭美國,然後聯系中國說「我到瞭,請發信息過來吧」,於是中國一方用那盒撲克裡剩下的紙牌做密鑰把情報加密,發送過去。在信使查看紙牌前,誰也不知道紙的狀態,但當他一打開紙牌(塌縮),他同時也就知道瞭中國那邊紙牌的內容,也就是密鑰。這樣情報接收方便可以解密收到的信息,獲得情報。

在這個過程中,如果有第三方進行破壞,比如在半路搶走信使的撲克牌(密鑰),或者對通信進行偵聽,他都無法得到情報的內容。

整個通信過程中並不存在瞬間(超光速)傳輸,也不存在一方撥動某個東西另一方也會跟著變化這種事情。實現量子通信的難點僅僅在於信使的傳遞。

在這個比方中,還存在一些理論上偏差,具體相關知識,還需要去瞭解一隻全世界最慘的貓的故事。

薛定諤的貓。

大概解釋到這裡就足夠瞭,量子通信最大的優勢就是保密,並且超光速通信。

來自清華大學的張巍及其合作者朱峰、盛宇波和黃翊東在兩公裡的環形光纖中進行實驗,首次在500米范圍內實現瞭量子安全直接通信,且理論分析證明,以當前試驗條件,完全可以實現幾十公裡的量子安全直接通信。盛宇波告訴記者,實驗結果很清晰地表明,基於光纖的量子安全直接通信能夠實現接近當前商用量子密鑰分發的傳輸率。量子安全直接通信要實現完全商業化,還有許多改進,但這次實驗是量子安全直接通信走向實用化邁出的關鍵性一步。