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[導(dǎo)讀]此次我國開世界之先河發(fā)射量子通信衛(wèi)星，而不是傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)，主要因?yàn)榛谛l(wèi)星等航天器的空間量子通信，比基于地面光纖傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪哂胁豢杀葦M的優(yōu)勢。

8月16日凌晨，我國第一顆量子通信衛(wèi)星“墨子號”在 甘肅酒泉衛(wèi)星中心發(fā)射成功，它由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)和中科院上海技術(shù)物理研究所共同研制，是世界上首顆能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星和地面之間量子通信的衛(wèi)星。

量子通信安全性強(qiáng)

在科技信息化高速發(fā)展的今天，出門可以不用帶錢，不用帶卡，不用帶相機(jī)，帶上手機(jī)就能直接微信支付寶支付，就能拍照留念。但承載你幾乎全部信息的手機(jī)一旦將你的秘密暴露出去，后果不堪設(shè)想。如此一來，越來越多的人意識到信息安全的重要性。

但傳統(tǒng)通信受傳播網(wǎng)的限制，不僅傳輸用時(shí)長，而且容易被截獲。即使想要繼續(xù)往后發(fā)展，速度可能會變快，但還是要通過電話線、無線電、光纖等通信設(shè)備，這樣信息被截獲、竊聽的風(fēng)險(xiǎn)依舊很高。

而量子通信具有絕對的安全性。而量子通信的安全性有賴于量子糾纏和量子秘鑰。

量子糾纏是指，在微觀世界里，有共同來源的兩個(gè)微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們相距多遠(yuǎn)，只要一個(gè)粒子狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)粒子狀態(tài)也會發(fā)生相應(yīng)變化，即兩個(gè)或兩個(gè)以上的穩(wěn)定粒子間會有強(qiáng)的量子關(guān)聯(lián)。比如，如果我們將兩個(gè)糾纏的微觀粒子比作兩張白紙，量子糾纏就是指，當(dāng)在其中一張白紙被寫上字的時(shí)候，就算兩張白紙相隔幾億光年，另一張白紙上也會出現(xiàn)第一張白紙上寫下的字。

因?yàn)榇嬖诩m纏關(guān)系的兩個(gè)光量子無論相距多遠(yuǎn)，只要一個(gè)發(fā)生變化，另一個(gè)也會瞬間發(fā)生變化。量子保密通信就是利用這個(gè)特性實(shí)現(xiàn)的，即基于量子糾纏態(tài)的理論，通過量子密鑰傳輸和量子隱形傳態(tài)的方式實(shí)現(xiàn)信息傳遞。

量子密鑰是實(shí)現(xiàn)通信保密的重要法門。用具有量子態(tài)的物質(zhì)作為傳輸過程中的密碼，在傳遞信息的過程中，量子密鑰如果被截獲，其自身狀態(tài)會立刻發(fā)生改變，截獲量子密鑰的人得到的只是無效信息，而信息的合法接收者也能立刻察覺，隨后就會有一把新的密鑰被傳送，知道準(zhǔn)確接收。

有了量子糾纏和量子秘鑰就可以保證信息的保密性，無論相隔多遠(yuǎn)，傳輸?shù)膬啥硕季o緊糾纏在一起，保證傳輸?shù)陌踩槐唤孬@。

而量子又是光的最小粒子，單個(gè)光量子在傳輸信息的時(shí)候具有不可分割和不可被精確復(fù)制兩大特性，從而能保證信息的不可竊聽和不可破解，所以哪怕黑客手段再強(qiáng)，也束手無策。

傳統(tǒng)通信在強(qiáng)大的量子通信面前，就像是“裸奔”。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授潘建偉此前在接受某媒體采訪時(shí)表示，同時(shí)該量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將配合多個(gè)地面站實(shí)施，星-地量子糾纏分發(fā)、地-星量子隱形傳態(tài)、同時(shí)也要進(jìn)行星-地量子密鑰分發(fā)等實(shí)驗(yàn)。在實(shí)現(xiàn)一系列量子通信科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的同時(shí)，嘗試與地面光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)連接，為未來覆蓋全球的天地一體化量子通信網(wǎng)絡(luò)建立技術(shù)基礎(chǔ)。

量子衛(wèi)星有不可比擬優(yōu)勢

我們都經(jīng)歷過，所謂“信號不好”的尷尬。你在電話的另一端口若懸河，另一端只有“我聽不見”的回應(yīng)。所以傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)每次升級革新，時(shí)延都會是改革創(chuàng)新的重點(diǎn)。

但量子通信由于量子糾結(jié)的特性，能夠攜帶海量信息，超越時(shí)空進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。同時(shí)速度很快，對比于傳統(tǒng)光纖通信，幾乎達(dá)到零時(shí)延。科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)，創(chuàng)造兩個(gè)互相糾纏的光量子以后，哪怕將它們分開很遠(yuǎn)，也可以通過測量其中一個(gè)的狀態(tài)來得知關(guān)于另一個(gè)的信息。同時(shí)量子信息傳遞的過程不會為任何障礙所阻隔，所以完全環(huán)保，不存在任何電磁輻射污染。

此次我國開世界之先河發(fā)射量子通信衛(wèi)星，而不是傳統(tǒng)的光纖網(wǎng)絡(luò)，主要因?yàn)榛谛l(wèi)星等航天器的空間量子通信，比基于地面光纖傳輸?shù)牧孔油ㄐ啪哂胁豢杀葦M的優(yōu)勢。

首先是在同樣距離下，光子在光纖中的損耗遠(yuǎn)高于自由空間的損耗。因?yàn)楣庾釉谧杂煽臻g的損耗主要來自光斑的發(fā)散，大氣對光子的吸收和散射遠(yuǎn)小于光纖。其次受到地面條件的限制，很多地方無法鋪設(shè)量子通信的專用光纖。因此想建設(shè)覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)，必須依賴多顆量子通信衛(wèi)星。最后這種全新的通信方式傳輸?shù)牧孔討B(tài)信息可以攜帶海量信息，這是普通衛(wèi)星純屬和光纖傳輸無法做到的，甚至是還在未來時(shí)空的5G也望塵莫及。

據(jù)了解，此次衛(wèi)星經(jīng)過前期準(zhǔn)備，于2011年立項(xiàng)的。十二五期間，在國家的支持下做了很多研究，取得良好進(jìn)展，初步在城域網(wǎng)上有了良好運(yùn)用。此次“墨子一號”成功發(fā)射，建設(shè)以4個(gè)量子通信地面站和1個(gè)空間量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)站為核心的空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，我國還將繼續(xù)發(fā)射“墨子二號”、“墨子三號”，形成量子星群。力爭在2030年前后率先建成全球化的廣域量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

此次中國成功發(fā)射量子衛(wèi)星讓國外也大為震驚。因?yàn)閲鈱α孔油ㄐ诺膬?yōu)勢認(rèn)可度十分高。據(jù)悉，對于此次量子衛(wèi)星成功發(fā)射，美國和俄羅斯專家表示，量子通信是確保信息安全和防御黑客的最好選擇。

此次國際競跑 中國領(lǐng)頭

由于量子通信的不可抗拒的魅力，不僅中國加速研發(fā)的腳步，國外許多發(fā)達(dá)國家也摩拳擦掌，準(zhǔn)備在“量子革命”中搶占一席之地。今年，歐美紛紛提出“第二次量子革命”計(jì)劃，加大基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面的投入。

據(jù)了解，今年3月，歐盟委員會發(fā)布《量子宣言(草案)》，計(jì)劃在2年內(nèi)斥10億歐元，支撐量子技術(shù)項(xiàng)目研發(fā)。其中在量子通信方面，規(guī)劃5年內(nèi)突破量子中繼器核心技術(shù)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)安全量子通信。10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子網(wǎng)絡(luò)、量子信用卡應(yīng)用等，目標(biāo)融合量子通信與經(jīng)典通信，“保衛(wèi)歐洲互聯(lián)網(wǎng)安全”。

美國國家科學(xué)技術(shù)委員會(NSTC)在7月份，發(fā)布了《推進(jìn)量子信息科學(xué)：國家的挑戰(zhàn)與機(jī)遇》的報(bào)告。報(bào)告中，美國國家科學(xué)技術(shù)委員會表示特別重視看量子通信技術(shù)的研發(fā)，并且對量子通信的未來看到很大價(jià)值。同時(shí)將“量子躍遷”作為“6大科研前沿”之一，認(rèn)為人類正站在下一代量子革命的門檻上，量子力學(xué)正在導(dǎo)致變革性技術(shù)，必須加大投入，早日跨進(jìn)量子通信的大門。

美國政府也在官網(wǎng)發(fā)文，督促學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和政府盡快就量子信息科學(xué)(QIS)議題進(jìn)行交流，以保證量子信息研發(fā)的關(guān)鍵需求得到滿足。目前，美國科技公司谷歌、IBM等已經(jīng)在量子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域有所投入。

加拿大在量子通信領(lǐng)域投入很大心力。據(jù)《Nature》新聞雜志報(bào)道，加拿大的科研團(tuán)隊(duì)正提出在地面生成糾纏光子對，然后將其中部分發(fā)射至重量不到30公斤的微型衛(wèi)星上。

此次世界上首顆量子衛(wèi)星“墨子號”成功在中國發(fā)射，毫無疑問確立了雖然我國量子通信研究的“領(lǐng)頭軍”地位。但距量子通信徹底走到生活中，至少還有10-20年的時(shí)間，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，應(yīng)盡早啟動(dòng)國家量子科研重大專項(xiàng)、組建量子信息國家實(shí)驗(yàn)室，以保持我國的量子科研優(yōu)勢地位。同時(shí)量子通信的研發(fā)也要和運(yùn)營商、廣電系統(tǒng)等形成聯(lián)盟，同時(shí)合作伙伴中也要有用戶、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維方、云服務(wù)器提供商、設(shè)備供應(yīng)商等。只有重視合作，才能推動(dòng)量子通信加速形成產(chǎn)業(yè)化，在國際競跑中保持常勝地位。

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