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千亿盛宴开启!首颗量子科学实验卫星已经运抵酒泉

时间:2016年08月12日 信息来源:卫星与网络 点击: 【字体:

从中国科学院获悉,中国首颗量子科学实验卫星已经运抵酒泉,将于8月中下旬择机发射。

据悉,量子卫星成功运行后,中国将在世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信。据中科院物理所人士介绍,量子科学实验卫星旨在构建一个天地一体化的量子保密通信与实验网络。

为什么要建设天地一体化的量子通信网络?专家解释说,因为它是信息安全问题的完美解决方案。传统的通信方式无非是在传输介质和加密数据上下工夫。但是,这类传统的数字计算加密方法都是可以破译的,只是时间长短而已。

技术革命,国家名片

我国量子通信领域的成就举世瞩目,南科大、北清华领先的研发团队,在量子通信与量子计算领域已颇有建树,而京沪干线、沪杭线、包括政务骨干网的建设陆续落地,材料的突破与量子卫星的突破将成为又一标志性事件。

目前我们所说的量子通信是狭义上的量子密钥通信,即通过量子纠缠手段实现密钥的高保密传递,密文本身仍然通过经典信道传送。是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。古人在信封上用火漆封口,信件一旦在运输途中被拆开,便会留下“泄密”的痕迹。量子密钥在量子通信中的作用比火漆更彻底:一旦有人试图打开信件,量子密钥会让信件自动销毁,并让使用者获知情况。因此,量子通信不可以被窃听,不可以被复制,理论上“绝对安全”。

量子通信的特点自然使得它首先成为国家安全、军事方面的宠儿,然后再由军事应用向其他民用产业方向扩展。量子通信主要包括如下的四种模式:量子密钥分配(QKD,quantumkeydistribution),量子隐形传态(quantumteleportation),量子机密共享(quantumsecretsharing)和量子安全直接通信(quantumsecuredirectcommunication)。目前可以生产和商用的是量子密钥分配模式的量子保密通信网络。

目前我们所说的量子通信是狭义上的量子通信,即通过量子纠缠手段实现密钥的高保密传递,密文本身仍然通过经典信道传送,主要载体是光纤。

要了解密钥的量子传送,首先要了解量子纠缠状态。量子纠缠:一对处于量子纠缠态的粒子,其自旋状态必然相反。一旦其中一个被观测而确定状态,另一个的状态也就随之确定(称为纠缠坍塌)。比如我发一组信息给你,有人在窃听,截取了这个消息。他如果不想暴露,就必须复制一模一样的数据给你,但根据量子态不可克隆原理,他发出来的信息大部分都是错的。当你接受到数据之后,我和你会公布一小部分数据,看看是否一致,如果错误率较高则证明有窃听者。量子通信的数据载体是经过偏振编码的光,基本的通信协议是bb84编码。

量子通信是迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式。量子通信与传统通信技术相比,具有如下主要特点和优势:(1)具有极高的安全性和保密性,不可克隆,没有电磁辐射,无法被无线监听或探测;(2)量子通信的线路时延近乎为零,量子信道的信息效率相对于经典信道量子的信息效率高几十倍;(3)抗干扰性能强,传输能力强,量子通信与传播媒介无关,传输不会被任何障碍阻隔,量子隐形传态通信还能穿越大气层,既可在太空中通信,又可在海底通信,还可在光纤等介质中通信。

科大牵头,世界领先

就我国科技发展水平而言,量子通信的发展在世界处于领先水平,尤其以潘建伟院士带头的科大系团队,在国际上与之比肩或差距较小的团队少只有少。今年一月份的国家技术进步大奖也说明国内科技界对量子通信领域研究成果的重视。

而在我国,量子领域的建树频频,清华大学教授姚期智牵头进行的量子计算的研究也在2000年获得图灵奖,有计算机界诺贝尔之称,而此次科大系潘建伟院士的成就也被誉为年度物理学界顶尖成果。

目前我国已将以量子通信系统为核心的量子调控技术列入了《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》中重大研究计划。我国从2001年开始,在科技部“973”计划、“863”计划、国家自然科学基金重点项目、中科院知识创新工程重大项目的前瞻性支持下,量子通信科研方面取得了许多重要研究成果。

在不需要中继的情况下,我国的量子通信技术可以在200多公里的距离上保证通信安全。在这一层面,我国是在世界上领先的。这项技术应用到实际层面上,安全距离可达100多公里,我国与美国、欧洲、日本等科技发达国家水平相当乃至超越。

产业应用,梦想照进现实

就产业应用而言,量子通信早已不是实验室的概念,在科大所在地安徽省,早在2010年在芜湖就建立了世界首个量子城域政务网,并涵盖了芜湖电子政务、金融信息量子通信试验网,包括保密声音、图像、文件、动态视频的绝对安全通信。之后合肥城域网、工行城域网、济南城域网、杭州城域网等一系列的城域网及行业量子通信网建设从实践领域拓展了量子通信的应用范围。

在目前的量子通信网络建设而言,所有核心器件都已经实现了国产化,实现了我国在该领域的弯道超车。

国际翘楚,风口浪尖

京沪干线大概率明年交付,突破了量子通信远距离传输的障碍,在途设置传输中继,尽量避免因信号衰减造成了失真问题,并采用量子通信技术进行通信保障,国家核心安全数据和金融数据的传输将首先得到保证。

G20峰会的主题之一将无可避免的落到反恐及国家安全方面,“绝对安全”的量子通信技术或被提及进而引发资本市场的关注。“十三五”将量子通信发展放到了非常重要的战略位置,国际以及国内的形势以及政策,都把量子通信技术推到了风口浪尖。

今年用于科研测试的第一颗量子卫星即将发射,其价值不亚于第一次发射“北斗”卫星。“北斗”卫星使得我国突破了导航以及无线通信的国外封锁,量子卫星的发射的意义不是“突破”国外技术封锁,而是引领国际通信安全的潮流。


(作者:佚名)
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