被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

5G的硝烟还没散去,甚至大部分人到现在还没体验过5G。量子通信又登上全球竞技台,在全球物理学家还没搞清楚量子力学的时候,我们已经发射了全球第一个量子卫星

墨子号。在量子领域我们做到了独步全球,让很多西方物理学家求分享,感慨自己国家为什么不发展量子通讯。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?


那这个量子通讯到底是什么?

为什么我们身边没感受到,难不成是一个鸡肋的噱头,今天就来解密中国领先的量子通讯。

所谓量子,在物理学就是一个单位,即不能再分割的最小单位,由德国物理学家M·普朗克发现,普朗克是量子力学开创者。和爱因斯坦并称为20世纪最伟大的物理学家,并且比爱因斯坦要早,给了爱因斯坦很多灵感,也算是神人一个。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

普朗克发现能其实是不连续的,而是由若干个部分组成,量子就是基本单位,光的量子就叫做光子。例如一束激光,能量就是光子的整数倍 这个倍数就是频率,牛顿经典力学无法解释微观的物理现象,但是量子力学可以,当然并不是说宏观就是牛顿力学 微观就是量子,而是世界的本质就是量子的。

但是在微观领域,人们更容易感受到量子的存在。牛顿的经典力学在量子物理学家眼里,就是量子在宏观世界的一种近似值。方便计算,例如宏观的超导 超流 半导体都是经典的量子现象,因此想要引领未来的科技,量子力学是目前新的大门,要了解量子通信,还得继续深挖一下这个量子纠缠。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

量子理论最有意思的地方就是量子纠缠,一个量子发生状态上的改变,无论多近还是多远,都会有一个相同的量子发生同样状态的改变。被爱因斯坦称为鬼魅般的超距相互作用。因为量子纠缠违反了相对论中对于信息传递所设定的速度极限。无限远的距离都可以产生联系,但是光速又是有上限的。

目前对于量子纠缠最简单易懂的解释是,一个封闭箱子内有两个电子A B,电子的状态,可能上旋,可能下旋,所以纸箱内有四种情况。AB都上旋 AB都下旋,A上B下 A下B上,但是电子有一个特性,一旦距离足够近就会产生叠加,变成相反的状态。如果A是上旋,那么B就会变成下旋,此后无论分得多远 都是这样。如果你不观测,那么A和B谁上旋谁下旋都不好说,这就是纠缠。如果A或者B的一方被观测到状态,那么纠缠打破,成为独立的两个电子。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

这里很多人认为这样就能实现超远距离瞬间通讯,不好意思,目前的量子通讯还得依靠普通通讯手段,传递制备的纠缠光子。所以没办法做到超光速体验,因为在千里之外手握B电子的人,看到的B可能是上旋可能是下旋。没办法由A进行控制,所以实现不了信息传输,当下量子通讯的意义就是对信息进行加密,对于很多行业来说,保密比快更重要。

关于量子通讯如何实现保密通讯

上世纪末期很多科学都在为了证明量子纠缠。而不懈努力,但是大部分实验都是漏洞百出,没办法证明,但是这些科学下的实验都为量子通讯打下了基础,量子密码学蓬勃发展。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

1995年量子纠缠通讯在欧洲被实践成功,全球量子通讯竞赛开始,在国外科学家理论研究的技术上,中国科学家接过量子应用的大旗,中国科学家发现,光子在光纤中,无法放大量子通讯讯号,但是在真空中光线传播不受限制。所以需要一颗中转卫星。

2016年8月份,在酒泉卫星发射中心,长征二号丁运载火箭将墨子号量子卫星送上了太空,至于为什么叫墨子号。因为墨子是第一个提出光是沿直线传播的人,墨子号卫星就可以当成一个放大版的量子纠缠实验。实验距离达到了1200公里并且获得通讯成功。也就是说两个间隔1200公里的量子实现了互动,首条量子通信骨干网络京沪干线,也已经实现了6点间的洲际量子通信视频会议。除了在中国本土东南西北设置了四个地面接收站,并且在维也纳和格拉茨设置了地面站,和海外科学家分享实验成果。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

要说量子通讯和传统通讯有什么不同,那就是量子通讯有着绝对的信息安全,因为量子除了具有不可分割性,还具有不可克隆性。简单点说,就是窃取一个信息,肯定要先复制它。但是量子通讯一旦被干扰,就会改变状态,也就是坍塌,双方的人就知道自己的通讯被监听了,例如利用量子纠缠制备秘钥,一旦这个秘钥被监听,那原来的密钥宣布失效。信息传出方自然不会用这套秘钥制定密文发送,所以窃取信息变得毫无意义。目前的物理学家已经从数学逻辑上,验证了量子通讯具有绝对的保密性。其中量子密钥分发生成量子密码,可以和二进制兼容,这也就为量子通讯的应用打开了大门。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

所以中国拥有在轨运行的量子卫星,并且展开了星地纠缠实验。意味着中国在量子通讯领域已经走在了世界前列。而很多科技大国,在量子通讯领域基本还处于停滞阶段,将会在未来能源、军事、金融领域的信息安全差人一等。而墨子号实验,正式摆脱这种风险。对于民生而言,构建天地一体的通讯网络,更有有利于互联网、导航、新型货币的安全应用。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?

未来一旦突破超光速传输。量子的威力一点不输给今天的半导体制造技术。所以不必着急,等到量子天地一体组网成功,将会是跨越式的生活体验,而不是从4G到5G这种量的变化。

被外国科学家们“觊觎”的量子通信,我们发展到了什么阶段?


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