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英國《自然》雜志日前評選出年度十大科學人物,中國量子衛(wèi)星項目首席科學家潘建偉入選。國際頂級學術(shù)期刊為中國科學家和科研項目點贊,但是國內(nèi)網(wǎng)絡上卻流傳著一些針對量子通信的流言甚至謠言,有的甚至稱這是“玄學”、“騙局”。
量子通信是“騙局”嗎?經(jīng)過百年發(fā)展,看似艱澀難懂的量子力學理論基礎已十分深厚,與相對論一樣使物理學大廈的基座更加堅實。量子通信是全球科學界讓這些理論走向?qū)嶋H應用的一個典范,而中國的量子衛(wèi)星項目是其中的杰出代表。
理論堅實
起源于上世紀初的量子力學用概率描述物理現(xiàn)象,看起來的確有些“玄”:微觀尺度上的粒子“可能”在這里又在那里,“可能”同時向兩個方向運動;粒子之間還可以互相糾纏——通過某種方式即時地遠程感知、影響對方。
經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤等科學巨擘不斷完善,量子力學理論初步成型并持續(xù)發(fā)展。這套看似“不合常理”的理論獲得越來越多的實驗支持,催生了許多重大發(fā)明——原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。歐盟2016年宣布將量子技術(shù)作為新的旗艦科研項目時,將上述成果稱為“第一次量子革命”。
而量子信息技術(shù)是量子力學的最新發(fā)展,代表了正在興起的“第二次量子革命”,其中最具代表性的就是量子通信和量子計算。
量子通信主要解決通信安全性問題。傳統(tǒng)信息加密技術(shù)依賴數(shù)學算法的復雜性,但隨著計算能力的飛速提升,再復雜的加密算法也有可能被破解?;凇傲孔用荑€”的量子通信,則從客觀物理規(guī)律這一根本出發(fā),做到“絕對安全”。
比如,量子本身即是最小單元,用一個光量子傳遞信息時,竊聽者無法分割出“半個量子”來獲取信息;量子力學的“測不準原理”則約束了竊聽行為本身,只要有人試圖測量量子,量子的狀態(tài)就自動發(fā)生改變,“舉報”竊聽行為;此外,量子的不可克隆性決定了竊聽者無法精準復制量子信息。
因此,用量子做成“密鑰”來傳遞信息,竊聽必然會被發(fā)現(xiàn),且加密內(nèi)容不可破譯。
量子通信早已是學界研究熱點。1997年,一篇關于“實驗量子隱形傳態(tài)”的論文在英國《自然》雜志發(fā)表,經(jīng)層層評審后還入選“百年物理學21篇經(jīng)典論文”,潘建偉院士就是作者之一。他此次獲評《自然》雜志年度十大科學人物,也彰顯量子通信受到國際科學界高度關注。
實踐驗證
從美國到歐洲、從頂尖科研機構(gòu)到科技企業(yè)巨頭,圍繞量子技術(shù)的攻關已全面展開,量子革命引發(fā)的新一輪科技競賽如火如荼。而量子通信也從理論構(gòu)想逐步走向現(xiàn)實應用,中國在這方面取得的突破舉世矚目。
今年6月,利用“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星,中國科研團隊在國際上率先成功實現(xiàn)了千公里級的星地雙向量子糾纏分發(fā)。這一成果被美國《科學》雜志以封面論文形式發(fā)表,獲稱“兼具潛在實際應用和基礎科學研究重要性的重大技術(shù)突破”。
9月底,世界首條量子保密通信干線——“京滬干線”正式開通,結(jié)合“墨子號”衛(wèi)星,中國科學院院長白春禮與奧地利科學院院長、量子通信的國際權(quán)威科學家安東·蔡林格實現(xiàn)了世界首次洲際量子保密通信。
蔡林格此前接受新華社記者采訪時說,中國在量子通信領域的成就令人矚目?!皭垡蛩固挂欢〞Υ烁械襟@訝,”他笑著說,“因為這些量子力學理論,比如量子糾纏,現(xiàn)在已經(jīng)真的進入實際應用,這超出了愛因斯坦的預期?!?/p>
“京滬干線”是一條連接北京、上海,貫穿濟南和合肥的量子通信骨干網(wǎng)絡,全長2000余公里,可滿足上萬名用戶的密鑰分發(fā)業(yè)務需求。通過這條線路,交通銀行、工商銀行、阿里巴巴集團也實現(xiàn)了京滬異地數(shù)據(jù)的量子加密傳輸?shù)葢谩?/p>
蔡林格預計,未來20年內(nèi),量子通信技術(shù)有望在世界范圍內(nèi)廣泛應用,將來甚至可能出現(xiàn)“量子互聯(lián)網(wǎng)”,而量子計算機、量子互聯(lián)網(wǎng)、量子衛(wèi)星將被一起應用,為未來新科技打下基礎。
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