2016年8月16日凌晨1時(shí)16分，我國(guó)首顆量子通信衛(wèi)星“墨子號(hào)”從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功升空并進(jìn)入預(yù)定軌道，同時(shí)這也是全球第一顆量子通信衛(wèi)星。“墨子號(hào)”的升空表明了人類(lèi)已經(jīng)正式開(kāi)啟量子通信時(shí)代，在這一領(lǐng)域，我國(guó)顯然屬于領(lǐng)跑者，也是唯一一個(gè)將量子通信技術(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)試試驗(yàn)的國(guó)家。
量子通信技術(shù)的原理就來(lái)自于量子糾纏，量子糾纏指的是：當(dāng)粒子相互之間進(jìn)行作用后，原本屬于每個(gè)粒子所獨(dú)有的特性會(huì)成為幾個(gè)糾纏粒子的共有特性，此時(shí)原本單獨(dú)粒子的獨(dú)有特性已經(jīng)消失，幾個(gè)粒子之間只存在共有特性，這種現(xiàn)象被稱(chēng)為量子糾纏，并且這種現(xiàn)象屬于量子的獨(dú)有特性。
那么，量子糾纏后會(huì)出現(xiàn)什么呢？我們用雞蛋這種平常能輕易接觸到的事物來(lái)描述量子糾纏：把兩顆雞蛋當(dāng)作兩個(gè)粒子，讓這兩個(gè)已經(jīng)相互作用的雞蛋彼此之間相隔萬(wàn)里，這個(gè)時(shí)候如果改變其中一個(gè)雞蛋的狀態(tài)，遠(yuǎn)在萬(wàn)里之外的另一個(gè)雞蛋在不受到其他外力的影響下，會(huì)即時(shí)做出同樣的狀態(tài)改變，這就是量子糾纏的神秘之處，而基于量子糾纏的量子通信技術(shù)，是目前世界上最先進(jìn)的通信技術(shù)，沒(méi)有之一！
量子通信有幾個(gè)非常顯著的優(yōu)勢(shì)，首先就是安全保密性高。目前已經(jīng)成熟應(yīng)用的幾種通信方式有網(wǎng)絡(luò)通信、無(wú)線電波通信、衛(wèi)星通信等，這幾種通信方式有一個(gè)共同點(diǎn)就是容易被侵入攔截通信內(nèi)容，即便是衛(wèi)星通信，同樣會(huì)遭到截獲竊聽(tīng)，但量子通信就不同了！量子通信打破了傳統(tǒng)通信加密方法，以量子狀態(tài)作為密鑰，也就是把相隔萬(wàn)里的兩個(gè)粒子之間的狀態(tài)當(dāng)作一本獨(dú)特的信息語(yǔ)言。
量子之間的糾纏幾乎是同步發(fā)生，中間沒(méi)有特定的通信渠道，即便想進(jìn)行截獲也無(wú)從下手！而且兩顆糾纏的粒子之間的糾纏通道并無(wú)實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容，所有的內(nèi)容都呈現(xiàn)在兩個(gè)粒子的實(shí)時(shí)狀態(tài)下，因此量子通信從理論上來(lái)看是沒(méi)有任何被破解的可能。除此之外，量子通信還具有通信容量大、信息傳輸速度快等諸多優(yōu)點(diǎn)。
“墨子號(hào)”量子通信衛(wèi)星已經(jīng)發(fā)射4年了，這段時(shí)間內(nèi)我國(guó)的量子通信技術(shù)進(jìn)展如何呢？近日，我國(guó)量子通信的領(lǐng)軍人物潘建偉院士及其團(tuán)隊(duì)，成功實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)無(wú)中繼量子通信！當(dāng)前，量子通信的實(shí)際應(yīng)用會(huì)面臨兩個(gè)問(wèn)題，一是信息傳輸安全性，另一個(gè)就是遠(yuǎn)距離信息傳輸技術(shù)。先來(lái)看第一個(gè)問(wèn)題，為什么被稱(chēng)為最安全的量子通信還存在傳輸安全性問(wèn)題呢？這就是目前技術(shù)的局限性。
當(dāng)前的量子通信還是需要中繼設(shè)備，“墨子號(hào)”通信衛(wèi)星就是充當(dāng)?shù)倪@一角色。雖然同樣是通信衛(wèi)星，但“墨子號(hào)”傳輸?shù)牟皇切畔⒈旧恚渥饔檬欠职l(fā)“密匙”，這種“密匙”可以看作是最終翻譯量子通信內(nèi)容的鑰匙，但使用通信衛(wèi)星作為中繼設(shè)備對(duì)安全性必定會(huì)有影響，因?yàn)槿魏我活w通信衛(wèi)星都有遭受攻擊甚至被控制的可能性，因此無(wú)中繼量子通信才是最安全、也是最終要實(shí)現(xiàn)的通信方式。
此前，潘院士及其團(tuán)隊(duì)已成功實(shí)現(xiàn)百公里級(jí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光纖量子密鑰安全分發(fā)、以“墨子號(hào)”通信衛(wèi)星作為可信中繼后實(shí)現(xiàn)了7000公里級(jí)洲際量子保密通信。經(jīng)過(guò)“墨子號(hào)”升空四年的技術(shù)積累，本次試驗(yàn)“墨子號(hào)”衛(wèi)星只負(fù)責(zé)分發(fā)光子而不傳輸“密匙”，密匙在兩臺(tái)終端接收設(shè)備上自動(dòng)生成。此次一千公里級(jí)無(wú)中繼量子通信的成功，表明了我國(guó)量子通信技術(shù)已向最終的安全實(shí)用性邁進(jìn)了一大步！
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