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【行业看点】量子通信 量子计算机 量子列车…… 量子的世界究竟多精彩?

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【行业看点】量子通信 量子计算机 量子列车…… 量子的世界究竟多精彩?

雪花又一年 2018-05-03 11:42:00 浏览66 评论0

摘要: 今年以来,“量子”就像科学界的一匹黑马,突然窜出来成了“网红”。从量子卫星“墨子号”,到量子通信、量子计算机、量子雷达,和量子相关的词语越来越多,在公众眼中刷屏的次数也越来越多。 “量子”界究竟现在有哪些成员?在网络上看到的“量子XX”,真的就和量子科学有关系吗?今日盘点,带大家一起了解下部分量子“家庭成员”。

今年以来,“量子”就像科学界的一匹黑马,突然窜出来成了“网红”。从量子卫星“墨子号”,到量子通信、量子计算机、量子雷达,和量子相关的词语越来越多,在公众眼中刷屏的次数也越来越多。


“量子”界究竟现在有哪些成员?在网络上看到的“量子XX”,真的就和量子科学有关系吗?今日盘点,带大家一起了解下部分量子“家庭成员”。

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成员一:量子计算机

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量子计算机具有极大超越经典计算机的超并行计算能力。例如,求一个300位数的质因数,目前最好的经典计算机可能需要上千年的时间来完成,而量子计算机原则上可以在很短的时间内完成。


普通计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题,而量子计算机却可以同时解决多个问题。这种超快速度可能彻底改变所有行业。


想像一下,你被要求5分钟内在国会图书馆某一本书的某页上找到一个大写字母“X”,这几乎是不可能的,因为那里有5000万册书。但是如果你处于5000万个平行现实中,每个现实都可以查看不同的书籍,你肯定能在其中某个现实中找到这个“X”。在这个假设中,普通计算机就是像疯子一样的那个你,需要5分钟内找遍尽可能多的书。而量子计算机却能将你复制出5000万个,每个只需翻找一本书即可。


这么牛的量子计算机,老期待了。

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成员二:量子通信

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我们都知道现在有线通信主要有两类介质,电缆和光线。我们在一些谍战片里都看过,为了窃听对方的电话,间谍直接爬上电线杆,然后把窃听设备接头插在电线上,就能截获电话信息。

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量子通信中,“量子密钥”使用量子态不可克隆的特性来产生二进制密码,为经典比特建立牢不可破的量子保密通信。


复制(即克隆)任何一个粒子的状态前,首先都要测量这个状态。但是量子态不同于经典状态,它非常脆弱,任何测量都会改变量子态本身(即令量子态坍缩),因此量子态无法被任意克隆。


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量子可不像克隆羊,咩咩咩~~~

  

窃听者在窃听经典信息的时候,等于复制了这份经典信息,使信息的原本接收者和窃听者各获得一份。但是在量子态传输时,因为无法克隆任意量子态,于是在窃听者窃听拦截量子通讯的时候,就会销毁他所截获到的这个量子态。 

  

在传输量子比特时,由于量子不可克隆定理,销毁量子态就是销毁了它所携带的量子比特,于是无论是接收者还是窃听者都无法再获得这个信息。通讯双方会轻易察觉信息的丢失,因此量子比特本身具有绝对的保密性。量子不可克隆定理使得我们直接传输量子比特的时候,不用再建立量子密码,而是直接依靠量子比特本身的安全性就可以做到信息不被窃取。 

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成员三:量子雷达

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量子雷达将成隐身战机的克星


量子雷达应用量子纠缠原理,与传统雷达大不相同。中国最新研究成果的工作原理是光子纠缠:两组光子无论相隔多远都彼此保持联系。这样一来,一组光子向目标方向形成光束,便可同时研究另一组光子(对照组)的特性。

  

根据对照组的特性可以得知发出的光子是否受到影响。比如,如果发出的光子束遇到阻碍,就会产生脉冲,被对照组吸收,进而导致对照组光子特性(速度、偏振等)的变化。光子相互作用原理不仅让“看到”隐形战机或潜艇成为可能,还能帮助雷达避免干扰,哪怕其他目标试图通过发送假信号来欺骗雷达。

  

与中国一样,美国人也能将量子物理学的研究成果应用在军事领域。前不久,潜艇使用的量子定位仪在美国获得专利,它能确定被探测目标的距离和外形。这种仪器对隐藏在北极冰层下的潜艇尤为有用。因为冰阻碍了潜艇和卫星之间的稳定通信,而且北极附近的磁极会使潜艇的导航设备产生误差。此前,潜艇的安全主要寄希望于容易暴露潜艇位置的声呐,而现在的光子定位仪则不会被敌人的侦察工具发现。

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成员四:量子隐形衣

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量子隐形衣,通过特殊的“量子隐形”材料实现隐形效果。该材料可折射周围光线来实现“完全隐形”。利用量子隐形衣,战场的士兵可以通过隐形来完成高难度的作战任务。这种材料还有望在下一代隐形战机、潜艇和坦克上得到应用,让其实现真正的隐形,帮助部队在‘无形’中完成对敌方的打击任务。2012年12月初,加拿大Hyperstealth生物技术公司表示,他们所研发的“量子隐形”材料及相关技术已经获得重大突破,并已得到美国和加拿大军方的认可,该项技术的研发正在深入进行之中。

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成员五:量子列车

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量子列车即采用量子通信技术的轨道列车。2016年10月25日,在大足轨道交通装备产业基地,全球首辆“量子列车”即将进行量子通信系统的安装调试。“量子列车”除车厢外壳来自青岛,其余技术和设备,将全部由重庆企业提供。


量子列车在安全性和高效性方面远高于传统的通讯方式。"量子列车"生产完成后,将首先在印度尼西亚万隆市的城市轨道交通中投入使用。


当然,世界万千变化,和量子相关的词语远不止这些,随着科技的发展,运用到量子的东西也会越来越多。作为一名吃瓜群众,静待“量子界”的壮大,我们未来也可能能体验一把量子的神奇。


原文发布时间为:2016-12-12
本文作者: windy
本文来源:ZOL,如需转载请联系原作者。

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