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前沿科技——量子通讯卫星
发布时间: 2016-09-19    浏览次数:440   发布者:道器网   来源:权佳惠   点击评论

2016年8月16日1时40分,我国在酒泉卫星发射中心用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空,标志着我国空间科学研究又迈出重要一步。

该量子卫星是中国科学院空间科学先导专项首批科学实验卫星之一,其主要科学目标是借助卫星平台,进行星地高速量子密钥分发实验,并在此基础上进行广域量子密钥网络实验,以期在空间量子通信实用化方面取得重大突破;在空间尺度进行量子纠缠分发和量子隐形传态实验,开展空间尺度量子力学完备性检验的实验研究。

要理解量子通信,得从量子的概念开始。构成物质的最小单元是基本粒子,而量子就是质量、体积、能量等各种物理量的最小单元,而且它也要以某种粒子状态存在。潘建伟的弟子、中国科学技术大学近代物理系教授陈宇翱曾在一次科学讲坛上对量子世界做过一次形象生动的科普。

量子是一个能量的最小单位,所有的微观粒子包括分子、原子、电子、光子,它们都是量子的一种表现形态。世界本身都是由微观粒子组成的。所以,某种意义而言,我们身处的这个世界就是由量子组成的。

说到量子世界,量子的两个特性不容忽视,量子叠加原理和由量子叠加原理引申出来的量子纠缠。

量子叠加,通俗来说也可以称为量子的“分身术”。 举例来说,《西游记》里孙悟空的一个能力,就是分身术,他可以变出许多分身,一个分身留在唐三藏旁边进行保护,另一个分身则可以跑去智斗妖魔鬼怪。那在量子的世界里,量子就是孙悟空,它也有分身术,但是跟孙悟空的分身术不一样的地方在于,在量子的世界里量子的分身术不能被人看到,一旦有人去看它,它的分身就会随机地消失,而最后只留下一个。

利用这样的特性,能帮助我们提高计算能力。举个例子,如果要分解一个300位的大数,用现在的计算机,需要15万年,用量子的“分身术”并行运算,只要一秒钟就可以算出来。

另一个特性量子纠缠,被爱因斯坦称为具有“鬼魅般的超距作用”。它就像双胞胎心灵感应一样,这两颗量子无论相距多远,表现出来的状态始终是一样的。根据量子力学,两个处于量子纠缠态的粒子无论相隔多远,改变其中一个粒子的状态,另一个粒子的状态就会马上随之改变。这种状态之间的关联不需经典物理学中的力场或电场,其关联速度也可认为超过光速,这被称为“量子非定域性”。

对量子的概念有一定的了解后,我们便来解释一下什么是量子通讯。传统的信息安全依赖于计算的复杂,一旦拥有足够强大的计算能力,所有依赖于计算复杂度的传统加密算法原则上都会被破解。量子通信的安全性基于量子力学基本原理,单光子的不可分割性和量子态的不可复制性从原理上保证了信息的不可窃听和不可破解。只要量子力学是正确的,量子通信的安全性就严格得到保障,与计算能力无关,因此可从根本上、永久性地解决信息安全问题。

 

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