量子通訊掃盲

 
2016-08-20 朱潔 大數據和雲計算技術

2016年8月16日凌晨1:41,備受矚目的中國首顆量子科學實驗衛星“墨子”在酒泉成功發射升空。中國發射全球首顆量子衛星,這不僅僅是中國邁出構建量子通信網絡的第一步,也是一個非常好的用於做遠距離糾纏分發和量子隱形傳態的基礎科學研究的平臺,爲探索自由空間量子通信技術打下良好的基礎。

 

量子是什麼?

 

量子(quantum)是現代物理的重要概念。最早是M·普朗克在1900年提出的。他假設黑體輻射中的輻射能量是不連續的,只能取能量基本單位的整數倍。後來的研究表明,不但能量表現出這種不連續的分離化性質,其他物理量諸如角動量、自旋、電荷等也都表現出這種不連續的量子化現象。這同以牛頓力學爲代表的經典物理有根本的區別,經典物理學認爲原子是最小單位,在經典物理學中,根據能量均分定理:能量是連續變化的,可以取任意值。量子化現象主要表現在微觀物理世界。描寫微觀物理世界的物理理論是量子力學。

 

量子力學裏面有一個經典概念,測不準原理。這個是量子力學的基礎,它說的是在一個量子力學系統中,一個粒子的位置和它的動量不可被同時確定。精確地知道其中一個變量的同時,必定會更不精確地知道另外一個變量。既然測不準,那還怎麼通訊?信息怎麼能傳遞到另外一個地方呢?

 

幸好量子有另外一個特點,叫量子糾纏。九八二年,法國物理學家艾倫?愛斯派克特(Alain Aspect)和他的小組成功地完成了一項實驗,證實了微觀粒子之間存在着一種叫作“量子糾纏”(quantum entanglement)的關係[。在量子力學中,有共同來源的兩個微觀粒子之間存在着某種糾纏關係:不管它們被分開多遠,對一個粒子擾動,另一個粒子(不管相距多遠)立即就知道了。 

 

現在說的量子通訊就是利用量子糾纏原理來實現量子點隱形傳輸。但是這項技術還非常不成熟,長距離和速度都是難題,而墨子衛星就是要實現要和驗證長距離通訊的可行性。

 

中科大的潘建偉在量子通訊這個領域上有創新性貢獻,是該領域國際著名學者。潘建偉有關實現量子隱形傳態的研究成果入選美國《科學》雜誌“年度十大科技進展”,並同倫琴發現X射線、愛因斯坦建立相對論等影響世界的重大研究成果一起被《自然》雜誌選爲“百年物理學21篇經典論文”。其研究成果曾6次入選兩院院士評選的“中國年度十大科技進展新聞”、5次入選歐洲物理學會評選的“年度物理學重大進展”、4次入選美國物理學會評選的“年度物理學重大事件”。

 

量子由於其物理上的特性,不可測原理,所有在加密性上要強於一切算法,一旦成熟對信息技術將是突破性進展。但是由於量子通訊的速度和距離限制,目前都最多隻能實驗性質的實現密鑰的分發。

 

這項技術的成熟,潘建偉的判斷是:5年左右很多機要部門開始用,10年左右金融業、銀行等大機構開始使用,15年的時間或許走進千家萬戶。

 
 

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