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浙江专访︱全球首颗量子通信卫星设计师 今天（25日）晚上，在数以万计的现场观众的注视下，崭新的海南文昌航天发射场将迎来它的第一声惊雷——中国新一代中型运载火箭长征七号即将首次发射升空。而这次发射，是为我国、也是全世界的第一颗量子通信实验卫星7月的发射打前站，确保发射系统的万无一失。 屹立于文昌航天城发射台上的长征七号 如果在下个月，这颗量子通信科学实验卫星发射成功并正常运行，中国将在世界上首次实现不借助光纤、卫星和地面之间的自由空间量子通信，并结合地面已有的光纤量子通信络，初步构建一个广域量子通信体系。 国宝级科学家、中国科技大学副校长、我们的浙江老乡潘建伟 中国科协副主席、量子通信卫星工程首席科学家、浙江东阳人潘建伟，曾经把中国将量子通信率先实用化定义为“中国正从经典信息技术的跟随者，转变成未来信息技术的并跑者乃至领跑者”。 量子通信概念图 信息络高度发达的信息时代，人们对现代通信的依赖程度逐步加深，但不断发生的如“棱镜门”等窃听事件，又让人们对毫无安全可言的现代通信十分头疼。斯诺登事件让全世界都意识到了，面对现代通信窃密技术，个人、企业乃至国家都可能会毫无隐私地“裸奔”。 而量子通信利用基于量子力学的基本原理，利用量子态“被观测即遭破坏”这一常人难以理解的神奇特性，在基本原理上实现了绝对不可能泄密的奇迹，让通信安全难题迎刃而解。可以预见，中国将在国防、金融、政务、商业等重要领域打造出一张坚不可摧的通信络，牢牢掌握信息安全主动权。 5月25日，在中国科学院上海微小卫星工程中心，量子科学实验卫星总设计师朱振才（右四）、副总设计师周依林（左四）与工作人员在量子卫星旁合影留念。 据新华社报道，首颗量子科学实验卫星采用平台载荷一体化设计，重公斤，轨道高度公里。它搭载了量子密钥通信机、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。 5月25日，在中国科学院上海微小卫星工程中心，量子科学实验卫星总设计师朱振才介绍量子卫星上的量子纠缠源，这是卫星上最重要的单机之一，主要负责产生纠缠光子。 对于这颗神奇的量子通信实验卫星，你一定有一肚子的问号吧？为了帮你答疑解惑，浙江客户端专访了量子卫星工程的主要参与单位——中国科学院微小卫星创新研究院（上海微小卫星工程中心）的一位设计专家（以下简称“专家”），这位不愿透露姓名的青年才俊直接参与了这颗卫星的设计制造工作。 我国量子通信的发展路线图。编制：汪海伦宋金玉 浙江客户端：请问量子通信的原理是什么？ 专家：量子力学理论被认为是继牛顿经典力学和爱因斯坦相对论后，人类科学的颠覆性发现。量子通信，就是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。 量子纠缠的作用速度比光速还快，实验显示其至少比光速快倍，这还只是速度下限。根据量子理论，测量的效应具有瞬时性质。 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，另一端端的粒子立刻做出同样的变化。这就是理想的量子通信原理，从原理上看，它能够实现没有时间滞后、绝对实时的信息传递，这对于未来实现星际旅行的人类具有极为重大的意义。 不过，目前我国量子工程即将实用化的“量子通信”，仍然采用传统技术（光纤和激光）来传递信息，只是给信息加密的秘钥用量子原理来分配、传递秘钥。它的传播速度等同于光速，和传统的通信方式一样。 爱因斯坦对量子力学不屑一顾，但是事实证明，爱因斯坦竟然也会犯错！ 浙江客户端：能否用通俗的方式，来解释一下量子通信卫星实现保密通讯的原理？ 专家：这个还真不太好打比方，量子和宏观物体性质不一样。潘建伟院士曾打比方说，“古人在信封上用火漆封口，一旦信件被中途拆开，就会留下泄密的痕迹”。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底，因为一旦有人试图打开“信件”，量子密钥会让“信件”自毁，并让使用者知晓。 普通通信就像A写信给B，若中间有人拿到信，只要一台复印机就可以完整获得信件的内容，而量子通信信息是写在光子的状态上，根据“量子测不准”原理，对信息的测量或者读取必然会改变光子的状态。因此，一旦被人偷看，量子的状态自动发生变化，接受者也因此能察觉，而偷窥者也看不到原貌。而且，量子状态有个不可克隆定理，偷窥者不能通过读取制造同样状态的量子，所以无法伪造。 具体到量子通信卫星的原理，说起来也简单：从卫星上下发一连串单光子，地面光学实验站接到信号之后进行解码，如果成功，就相当于完成了通信。而如果在卫星的中继之下，地面上的两个实验站能够进行安全通信，那就可以组织通信络了。 根据量子力学“不确定性原理”，处于纠缠态的两个粒子，在被观测前，其状态是不确定的，如果对其中一粒子进行观测，在确定其状态的同时（比如为上旋），另一粒子的状态瞬间也会被确定（下旋）。 浙江客户端：远距离量子通信的难点在哪里？ 专家：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。中国科学技术大学潘建伟、包小辉等在国际上首次实现了百毫秒高性能量子存储器，存储寿命达0.22秒、读出效率达76%，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础。 另外一个难点是，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。如何保证中继环节不被截获，也是一大考验。 “上帝不掷骰子”，这是爱因斯坦的名言，也是他一直质疑量子力学之根基——“不确定性原理”的原因所在。 浙江客户端：现有的量子通信手段有可能被干扰吗？为什么？ 专家：虽然现有模式下的量子通信方式无法被窃听、不会泄密，却可以干扰，也可以阻断，就像线路一样可被切断，它的抗干扰能力和普通光纤络一样，而比无线通信的抗干扰能力要强。 量子通信还是靠激光进行通信的，传输可通过自由空间或者光纤两种方式，卫星与地面之间的自由空间激光传输会受到气候条件干扰；而如果是在光纤管线里传输，当然可以被切断了。如何做到抗干扰和阻断，还需要科研人员的不懈努力。 明代的思想家王阳明有句名言：“你未看此花时，此花与汝同寂，你来看此花时，此花颜色一时明白起来。”这句话长期被当成唯心主义言论而被批判，现在看来，这简直就是量子力学解释的翻版。 浙江客户端：我国目前实验中的量子通信，无法做到瞬时传递信息，那么在未来技术获得重大突破后，可能做到瞬间传递吗？ 专家：在目前的理论框架内，信息还是不能超光速。量子通信的载体还是光，未来除非有颠覆相对论的理论，否则信息传递速度还是不能超光速。 5月25日，在中国科学院上海微小卫星工程中心，量子科学实验卫星总设计师朱振才（左）与副总工程师周依林在量子卫星旁合影留念。 浙江客户端：我国在量子通信领域为何能够世界领先？世界各大国在这方面的发展情况如何？ 专家：近年量子通信领域我国涌现了一批优秀科学家，其中一些为该领域世界领军级科学家，研究水平走在世界最前列。从近年情况看，我国在量子通信领域发展势头最好，在实际应用方向走在最前列，而欧洲其次，再后是美国。 目前在整个量子技术领域，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。 5月25日，在中国科学院上海微小卫星工程中心拍摄的量子卫星的星上单机。 浙江客户端：量子通信接下来有哪些应用？ 专家：目前，国家发改委正在筹建“京沪干线”项目，也就是在北京和上海之间实现量子通信，预计今年下半年，大尺度光纤量子通信骨干即将建成。这条“京沪干线”总长余公里，从北京出发，经过济南、合肥，到达上海。届时，一个天地一体化的量子通信络的雏形就形成了。未来我国还将建设全球化的量子通信基础设施，预计年前后形成规模。 广域量子通信络示意图 浙江客户端：我们普通老百姓能否用上量子通信？您预计价格会怎样？ 专家：量子通信成本并不高，普通老百姓完全有可能用上，未来如果基础设施完善后，价格可以做到和普通上价格一样。在不久的将来，每个人在互联上进行的转款、支付等消费行为，都能够享受到量子通信的安全保障。 白癜风的主要并发症有哪些白癜风白斑的治疗误区有哪些欢迎转载,转载请注明原文网址：http://www.zhejiangzx.com/zjlt/803.html |
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