這么
哪些是量子
量子通訊網(wǎng)有多牛
這張網(wǎng)對(duì)我們的生活有何影響
我國(guó)量子通訊技術(shù)攻破了什么難關(guān)
量子是化學(xué)量的最小單元
既有絕招又有怪辟
量子就是質(zhì)量、能量等各類數(shù)學(xué)量的最小單元，它以某種粒子狀態(tài)存在。例如光雖然是以光子為單位一份一份變化的，一個(gè)光子就是一個(gè)量子。
量子不可分割、不可克隆。科學(xué)家借助這種特點(diǎn)，可以制作出最安全的保密鎖匙，進(jìn)而讓信息傳輸顯得愈發(fā)安全。
量子通訊：給數(shù)據(jù)加上牢不可破的鎖
中國(guó)科學(xué)家們建立的量子通訊網(wǎng)路，就是給傳統(tǒng)通訊形式加上量子秘鑰。
現(xiàn)有的密碼體系是通過降低估算復(fù)雜性來(lái)保證安全的。以目前世界上最快的計(jì)算機(jī)之一——我國(guó)“天河二號(hào)”為例，以其運(yùn)算速率分解一個(gè)300位的數(shù)字須要15萬(wàn)年，而假如用量子疊加并行估算，一秒鐘就可以估算下來(lái)。
△量子通訊網(wǎng)路加密通訊的流程示意圖
量子秘鑰因?yàn)樽鳛樾畔⑤d體的單光子不可分割、量子狀態(tài)不可克隆，因而能保證用其加密的內(nèi)容不可破譯。量子秘鑰分發(fā)是迄今為止惟一被嚴(yán)格證明是原理上無(wú)條件安全的通訊方法。
可以毫不夸張地說(shuō)，在未來(lái)沒有量子通訊的國(guó)家，其信息安全在別國(guó)看上去就等同于透明。
量子通訊已在我國(guó)多領(lǐng)域應(yīng)用
經(jīng)過20多年努力，中國(guó)在量子通訊領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了從跟挪到領(lǐng)跑的重大轉(zhuǎn)變。
2016年，中國(guó)成功發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”；2017年9月，世界首列量子保密通訊干線——“京滬干線”正式開通。
量子保密通訊“京滬干線”總長(zhǎng)超過2000公里，覆蓋四省三市共32個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括上海、濟(jì)南、合肥和北京4個(gè)量子城域網(wǎng)，通過兩個(gè)衛(wèi)星地面站與“墨子號(hào)”相連，總距離4600公里。
目前，量子通訊技術(shù)早已在我國(guó)獲得應(yīng)用。其中，量子保密通訊技術(shù)早已為記念抗日勝利70華誕閱兵、十九大等國(guó)家重要大會(huì)和活動(dòng)提供了信息安全保障。據(jù)悉銀行業(yè)監(jiān)管信息報(bào)送、人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)、網(wǎng)上建行數(shù)據(jù)異地災(zāi)備系統(tǒng)等都應(yīng)用了量子保密通訊技術(shù)。未來(lái)，量子通訊在金融、政務(wù)、國(guó)防、電子信息等領(lǐng)域可進(jìn)一步廣泛應(yīng)用。
爬坡過坎
一個(gè)個(gè)技術(shù)難關(guān)被攻陷
△量子通訊衛(wèi)星與地面站實(shí)驗(yàn)示意圖（圖源：中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院）
中國(guó)量子通訊團(tuán)隊(duì)取得的成果舉世矚目，在這當(dāng)中她們?cè)獾搅巳绾蔚募夹g(shù)難關(guān)？
難關(guān)一：?jiǎn)蝹€(gè)光子制備
在量子通訊技術(shù)的研制過程中，首先要面對(duì)的是制備單個(gè)光量子的技術(shù)困局。中科院教授、中國(guó)科技學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)潘建偉舉了一個(gè)十分形象的事例，來(lái)解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個(gè)普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個(gè)數(shù)可達(dá)十萬(wàn)億億個(gè)，想要實(shí)現(xiàn)單個(gè)光量子的制備就好似在這十萬(wàn)億億個(gè)光量子發(fā)射下來(lái)的頓時(shí)捕捉到其中的某一個(gè)。
難關(guān)二：?jiǎn)喂庾拥膫蓽y(cè)
單個(gè)光子早已是光能量的最小單元，能量是十分微弱的，須要發(fā)展出十分精密和高效的單光子偵測(cè)技術(shù)。具備了單個(gè)光量子的制備和偵測(cè)能力后，才才能實(shí)現(xiàn)安全的量子通訊。
△2016年11月26日拍攝的“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星與興隆量子通訊地面站構(gòu)建天地鏈路。
難關(guān)三：星地通訊好比萬(wàn)米高空投硬幣
“墨子號(hào)”衛(wèi)星常務(wù)總工設(shè)計(jì)師王建宇舉例說(shuō)，“要從1000千米的高度把一個(gè)個(gè)光子發(fā)射到地面站，就好比在萬(wàn)米高空高速飛行的客機(jī)上大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光的偏振實(shí)驗(yàn)報(bào)告，同時(shí)向地面兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的投幣口狹長(zhǎng)的儲(chǔ)蓄罐掉入一個(gè)個(gè)硬幣。儲(chǔ)蓄罐的投幣口是狹長(zhǎng)的，相當(dāng)于光的偏振光，它是有方向的，硬幣要把方向?qū)镁湍芡迫肴ィ遣皇侨右粋€(gè)，要兩側(cè)同時(shí)都扔準(zhǔn)才行。”
難關(guān)四：地面?zhèn)蓽y(cè)難度遠(yuǎn)超千里眼
按照估算，一根火柴劃一下大約有1017個(gè)光子，而衛(wèi)星地面站的偵測(cè)能力，相當(dāng)于在月球上的人要發(fā)覺在月亮上有人劃了一根火柴。據(jù)悉，還要在每秒一億個(gè)光子上面，搞明白地面?zhèn)蓽y(cè)到的是第幾個(gè)光子，這種光子都是排好隊(duì)的，偵測(cè)一個(gè)就要曉得它是第幾個(gè)，這樣就能拿來(lái)做秘鑰。
目前，廣域量子通訊網(wǎng)路的雛型已基本產(chǎn)生。骨干網(wǎng)的擴(kuò)充，將產(chǎn)生更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并在基礎(chǔ)上建立國(guó)家地基授時(shí)網(wǎng)路，為定位、導(dǎo)航和授時(shí)服務(wù)提供保障。另一方面，地面網(wǎng)路與量子衛(wèi)星結(jié)合大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)光的偏振實(shí)驗(yàn)報(bào)告，為超大尺度量子干涉的相關(guān)實(shí)驗(yàn)提供了有利基礎(chǔ)，如探求量子熱學(xué)與廣義相對(duì)論融合等問題，為量子引力的基礎(chǔ)檢驗(yàn)和用于計(jì)量應(yīng)用的大規(guī)模干涉檢測(cè)提供了可能。
監(jiān)制丨陸毅
主編丨張媛
記者丨帥俊全
編輯丨邵希煒