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科普:量子通信 玄而不虚

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2017-12-27 16:18  来源:新华网  
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  英国《自然》杂志日前评选出年度十大科学人物,中国量子卫星项目首席科学家潘建伟入选。国际顶级学术期刊为中国科学家和科研项目点赞,但是国内网络上却流传着一些针对量子通信的流言甚至谣言,有的甚至称这是“玄学”、“骗局”。

  量子通信是“骗局”吗?经过百年发展,看似艰涩难懂的量子力学理论基础已十分深厚,与相对论一样使物理学大厦的基座更加坚实。量子通信是全球科学界让这些理论走向实际应用的一个典范,而中国的量子卫星项目是其中的杰出代表。

  理论坚实

  起源于上世纪初的量子力学用概率描述物理现象,看起来的确有些“玄”:微观尺度上的粒子“可能”在这里又在那里,“可能”同时向两个方向运动;粒子之间还可以互相纠缠——通过某种方式即时地远程感知、影响对方。

  经过爱因斯坦、玻尔、海森堡、薛定谔等科学巨擘不断完善,量子力学理论初步成形并持续发展。这套看似“不合常理”的理论获得越来越多的实验支持,催生了许多重大发明——原子弹、激光、晶体管、核磁共振、全球卫星定位系统等。欧盟2016年宣布将量子技术作为新的旗舰科研项目时,将上述成果称为“第一次量子革命”。

  而量子信息技术是量子力学的最新发展,代表了正在兴起的“第二次量子革命”,其中最具代表性的就是量子通信和量子计算。

  量子通信主要解决通信安全性问题。传统信息加密技术依赖数学算法的复杂性,但随着计算能力的飞速提升,再复杂的加密算法也有可能被破解。基于“量子密钥”的量子通信,则从客观物理规律这一根本出发,做到“绝对安全”。

  比如,量子本身即是最小单元,用一个光量子传递信息时,窃听者无法分割出“半个量子”来获取信息;量子力学的“测不准原理”则约束了窃听行为本身,只要有人试图测量量子,量子的状态就自动发生改变,“举报”窃听行为;此外,量子的不可克隆性决定了窃听者无法精准复制量子信息。

  因此,用量子做成“密钥”来传递信息,窃听必然会被发现,且加密内容不可破译。

  量子通信早已是学界研究热点。1997年,一篇关于“实验量子隐形传态”的论文在英国《自然》杂志发表,经层层评审后还入选“百年物理学21篇经典论文”,潘建伟院士就是作者之一。他此次获评《自然》杂志年度十大科学人物,也彰显量子通信受到国际科学界高度关注。

  实践验证

  从美国到欧洲、从顶尖科研机构到科技企业巨头,围绕量子技术的攻关已全面展开,量子革命引发的新一轮科技竞赛如火如荼。而量子通信也从理论构想逐步走向现实应用,中国在这方面取得的突破举世瞩目。

  今年6月,利用“墨子号”量子科学实验卫星,中国科研团队在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发。这一成果被美国《科学》杂志以封面论文形式发表,获称“兼具潜在实际应用和基础科学研究重要性的重大技术突破”。

  9月底,世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”正式开通,结合“墨子号”卫星,中国科学院院长白春礼与奥地利科学院院长、量子通信的国际权威科学家安东·蔡林格实现了世界首次洲际量子保密通信。

  蔡林格此前接受新华社记者采访时说,中国在量子通信领域的成就令人瞩目。“爱因斯坦一定会对此感到惊讶,”他笑着说,“因为这些量子力学理论,比如量子纠缠,现在已经真的进入实际应用,这超出了爱因斯坦的预期”。

  “京沪干线”是一条连接北京、上海,贯穿济南和合肥的量子通信骨干网络,全长2000余公里,可满足上万名用户的密钥分发业务需求。通过这条线路,交通银行、工商银行、阿里巴巴集团也实现了京沪异地数据的量子加密传输等应用。

  蔡林格预计,未来20年内,量子通信技术有望在世界范围内广泛应用,将来甚至可能出现“量子互联网”,而量子计算机、量子互联网、量子卫星将被一起应用,为未来新科技打下基础。


(责任编辑:孙鹏)
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