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让量子科学“照进”生活
发布时间:2016-08-16 来源:中国科学报 唐琳 【字号:  

  无处不在的卫星通信、卫星导航定位、卫星遥感以及依靠卫星对地球观测的天气预报和灾害预报,成为保障国家安全以及日常生活中必不可少的要素;而源于空间科技需求发展起来的新技术,在为空间探索服务的同时,更是极大地改变着人们的生活。

  而这其中最具代表性和说服力的,当属量子科学实验卫星及其带来的可能颠覆人类现有通信、计算、测量方式的量子技术。

  守护国家安全

  伴随着互联网的飞速发展,信息安全早已成为人们关心的网络问题首选。而2013年爆发的“棱镜门”事件,更使这一问题发酵成为更高层次的国家安全隐患。

  当信息安全已然上升到国家战略的高度,保障通信安全与通信保密也随之成为政府高度关注的焦点,发展“自主可控”的信息技术和产品成为当务之急。

  那么,究竟有没有一种通信技术和手段是绝对可以信赖的呢?答案是肯定的。

  微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系。不管它们距离多远,只要一个粒子状态发生变化,就能立即使另一个粒子状态发生相应变化。利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式,就是量子通信。

  基于量子理论,科学家提出量子密钥的概念。量子密钥是将数字密钥储存在特殊的量子信息中,并在量子通信线路中传输。

  由于“绝无仅有”的安全性,量子通信在国家安全、金融等领域有着重大的应用价值和前景。

  从长远来看,量子通信还能实质性地提升国家的信息技术水平和信息产业的核心竞争力,实现国家信息系统建设的跨越式发展,对综合国力的提升、经济和社会的进步产生深远的影响。因此,量子通信也被认为是最有可能引发军事、经济、社会领域又一次重大革命的关键技术。

  技术改变生活

  当前,城域光纤量子通信网络技术早已成熟,这为通过大力发展我国自有的量子通信技术以掌握未来信息产业主动权提供了难得的机遇。其中,在一个中等城市范围内利用光纤传输光子编码载体是目前实现量子通信的最佳方案。

  2012年,合肥城域量子通信试验示范网全网落成。这一项目成功搭建了46个节点的城域量子通信网络,覆盖合肥市主城区,用户涵盖政府部门、金融机构等,能提供量子安全下的实时语音通信、文本通信及文件传输等功能。4年来,示范网运行良好,通信正确率达99.6%,超过目前的移动通信水平。

  在合肥城域量子通信试验示范网成功建成后,2013年,济南量子通信试验网也开始正式投入使用。这不仅是我国第一个以承载实际应用为目标的大型量子通信网,也是世界上已知的规模最大、功能最全的量子通信试验网。

  除了量子通讯网络的建设,量子通信的应用远比我们想象的更为广泛和“接地气”。

  在十八大、“抗战胜利70周年阅兵”等关键节点,我们都可以看到量子通信装备的“身影”。比如,利用量子通信技术装备在国庆60周年阅兵期间构建的“量子保密热线”,就为国庆阅兵过程中重要信息的传送提供了必要的保障。

  量子技术的应用,除了量子通信,不得不提的还有量子计算及其衍生出来的精密测量技术。

  根据理论预计,求解一个亿亿亿变量的线性方程组,利用目前世界上最快的“天河二号”超级计算机需要100年。而利用计算频率还低万分之一的THz量子计算机,却只需0.01秒。

  点赞“墨子”

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  李家明

  量子科学实验卫星的发射很重要,对建立全球性通信网络,构建“量子互联网”至关重要。此次卫星的成功发射,肯定会带动一系列科学技术的发展,尤其是精密科学。

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  于渌

  量子科学实验卫星是我国自主研发的世界第一颗星地量子通信设备,也是我国在空间科学方面从跟踪追赶到并跑,再到领跑的典型代表。

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  朱诗尧

  这颗由中国完全自主研发的卫星不仅是我国,更是世界上首颗量子科学实验卫星,其对未来量子通信技术的发展意义重大,是我国在全球量子通信技术发展领域迈出的第一步。

  诺奖得主

  Anthony J. Leggett

  在太空上远距离对量子力学的预测进行检验,这将是非常有趣的一项实验。如果此次量子科学实验卫星上的实验能够获得成功,那么它肯定会为最终的“量子互联网”打下坚实的基础。

  奥地利乐虎国际app院长

  Anton Zeilinger

  我们非常高兴地看到量子科学实验卫星正在顺利地将量子通信提高到一个新的水平。我期待此次实验不仅能够提供重要的新成果,也将成为迈向全球量子通信体系的重要一步。

  波兰格但斯克大学理论物理和天文物理研究所所长

  Marek Zukowski

  潘建伟教授的团队是实验研究中的全球佼佼者,因此我很高兴地看到他们把实验“搬到太空”。量子科学实验卫星项目将会成为真正的开拓者。

(责任编辑:任霄鹏)
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