又一個全球第一!中國量子技術再傳捷報,具有重大國防和軍事意義

2021-01-19 軍院34號

環球網1月8日報導,中國科技大學研究團隊實現新的突破:成功實現4600公裡星地量子密鑰的分發。此舉標誌著我國已構建出天地一體化廣域量子通信網雛形,著名的《自然》雜誌評價稱,這是地球上最大、最先進的量子密鑰分發網絡,是量子通信「巨大的工程性成就」。

又一個全球第一!中國量子技術取得的突破,不但具有重要的經濟、科技意義,更具有重大的國防和軍事意義。

要理解量子通信密鑰分發這個「世界第一」,就必先了解一下量子世界的獨特性。量子世界和我們所認識的宏觀世界是完全不同的形態,適用於宏觀世界的物理定律完全不適用微觀世界。在量子世界裡有一系列有趣的現象,而現在我們所使用的量子通信,也是量子世界獨特物理現象的一種——量子糾纏。

所謂量子糾纏,就是說兩個相同的量子之間無論距離多遠,當一個量子進行某種運動時,另一個量子就會跟著做同樣的運動,而且這兩個量子之間不存在任何宏觀意義上的聯繫。這一現象是人類至今無法解釋的,因此只能稱之為「量子的魔鬼糾纏」,簡稱「量子糾纏」。而量子通信技術,就是利用量子糾纏原理實現。

量子通信的基本原理就是製備一對具備「量子糾纏」特性的量子,然後一個放在A通信站、另一個放在B通信站,當A通信站的量子運動時,B通信站的量子就會立即作出相同軌跡的運動。當人們把需要傳輸的信息內容以量子運動的方式發送出去,在接收端通過量子運動還原成信息,這就是量子通信的基本原理。

量子通信最大的優勢在於保密。這是量子另一種獨特的性質所決定:不可觀測。簡單來說,就是除了正在通信的A、B雙方外,如果突然出現另一個觀測方C,則量子的運動狀態會立即改變。而量子運動狀態改變,等於提示A、B雙方:信息洩密,而C方接收到的量子信息也和A、B方接收到的完全不一樣。由於量子運動狀態有不可知性,所以這種通信方式從原理層面上就是不可破譯的,因此可以保證加密信息的傳輸不受外界監測。

除了不可破譯的特性外,量子通信技術還不受其他客觀環境的影響:例如常規的無線電波很難穿透海水(長波除外),因此對潛通信一直是各國海軍頭疼的問題,但只要在潛艇和地面指揮所各放置一套量子通信設備,那潛艇就可以隨時隨地無障礙接收來自地面指揮部的指令,指揮員甚至可以直接和艇長視頻通信。是不是覺得太震撼了!

量子通信技術的第三個特性:速度特別快,帶寬特別大。在傳統的電子計算機領域,最基層的組織是以0和1兩個數字存在的,通過不同的排列組合來表示不同的意義。電腦系統需要用斷電和通電來分別表示0和1兩個數據,所以即使切換速度再快,0和1也是需要一個一個信號發送的。但在量子狀態下,每一個單獨的量子可以同時代表0和1兩個數字,理論上量子傳輸的帶寬可以達到無限大。

據媒體報導,我國2016年發射的「墨子」號量子衛星上,一共放置了7個量子,和地面控制站中的7個量子配對,可以代表0~127這麼多個數字,傳輸效率是現在5G系統的128倍!有理由相信,如果進一步挖潛的話,這個理論上的「無限大」是有可能實現的。

而且除了量子通信技術,中國現在還研製成功了著名的量子計算機「九章」,它的能力已經遠遠超出當前最牛的超級計算機。在計算著名的「高斯玻色取樣」中,「九章」計算機200秒的計算結果,足夠當今最強大的超級計算機計算6億年。做到這一點,「九章」僅僅只取了76個光子。如果能夠取用更多的光子,量子計算機的能力還會有進一步的強化,這已經遠遠超出了電子計算機的技術極限,說是下一個時代的科學技術也不為過。

32年前,人類首次量子通信傳輸在實驗室誕生,當時的傳輸距離只有32釐米。如今,中國的科學家們把這個距離擴展到了4600公裡。在未來,量子通信設備將會伴隨我們遨遊太空、深入大洋,而量子計算機將會成為中國未來數十年高科技發展的一塊重要基石。

近代以來,積貧積弱的中國已經錯過第一、第二次技術革命,在第三次技術革命中勉強跟上並有超越的勢頭。當以量子計算為代表的第四次技術革命到來時,相信我們一定能領跑全球,並把美國和西方遠遠甩到身後。

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