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原来量子通信是一个用香蕉和苹果就基本能说清楚的概念

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原来量子通信是一个用香蕉和苹果就基本能说清楚的概念

雪花又一年 2018-05-03 14:28:00 浏览203 评论0

摘要: 王小美同学是个爱学习的可爱姑娘,特别是喜欢关注热点新闻,每日上下班挤公交车,小美顺手就会打开手机上看新闻的APP,看看时事、明星八卦等等,但是最近一段时间,小美同学发现,隔一小段时间,量子界就要蹦出个大新闻。

王小美同学是个爱学习的可爱姑娘,特别是喜欢关注热点新闻,每日上下班挤公交车,小美顺手就会打开手机上看新闻的APP,看看时事、明星八卦等等,但是最近一段时间,小美同学发现,隔一小段时间,量子界就要蹦出个大新闻。

我国在酒泉用长征二号丁运载火箭成功将世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”发射升空……

全球首条量子通信商用干线“沪杭干线”(浙江段)宣告……

中国量子雷达通过测试 隐身战机难遁形……

在蒙圈无数日之后,小美决定要好好地向她那知识渊博的学长九小州请教请教,于是,就有了下面这段关于量子通信的长长对话……



640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy王小美

学长好,最近量子通信的概念好火啊,我听说中国已经发射了”墨子号“量子卫星,全球首条量子通信商用干线也在中国,感觉咱国家引领世界科技潮流的机会来了。但是,量子通信究竟是什么?”度娘“了许久,还是没搞明白,好高深的样子。


九小州

高深就对了,从爱因斯坦到薛定谔,诸多大神都在量子研究中绞尽脑汁。不要说你呢,现在,许多不明就里的人一提起量子通信,就以为是实现了什么超光速通信的颠覆性黑科技,以后要远距离传输个什么数据都可以瞬间完成了。其实这和量子通信的真正意思相去甚远。

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640?wx_fmt=jpeg&tp=webp&wxfrom=5&wx_lazy王小美

什么意思?九小州学长,你能通俗易懂的解释下不?


九小州

量子通信其实是加密概念,而不是传输概念,更不是什么超光速通信。


举一个简单的例子来说明吧。


假设你有两个朋友,一个在广州,一个在北京,你自己则在中间的上海。你们三个人事先说好,你会随机给这两个朋友中的一个人寄一个苹果,另一个人寄一根香蕉。

那么当你的广州朋友收到苹果时,他会瞬间知道你给你的北京朋友送的是香蕉。


在你广州朋友打开盒子看到苹果的那一个瞬间,确实是以比光速还要快的速度获得了关于你北京朋友收到了香蕉的这个信息,但这个“信息”并非实际存在的信息,甚至接收到第一个信号还要依靠传统的邮寄运输模式。


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王小美

听起来是这么回事,但是苹果、香蕉与量子通信的概念有啥关系呢?


九小州

当然,真正的量子通信要远比两个水果复杂得多,但本质完全一样,量子通信从来不是超光速传递信息,而是无论采取何种方式都必须依靠经典通信技术参与,所以更无“颠覆”一说。

  

量子通信区别于经典通信,实质上是量子的“不可破解性”。比如上个例子中的“苹果”和“香蕉”,可以看成是两个纠缠起来了的量子,一个人拿到了其中一个,就可以判断出另一个。

  

但如果不知道“苹果”和“香蕉”的纠缠关系,哪怕截获了整个苹果,也猜不出另一方收到的是什么水果。


在现实应用里当然没有两个水果那么简单,“苹果”会变成一个无穷复杂的量子,那么能和其对应的“香蕉”,就是另一个无穷复杂的唯一量子,两个量子就是“纠缠态”,所以量子通信里量子的用途,最终是保密而不是传输。

  

中科院在2015年度入选国家自然科学一等奖初选的项目“多光子纠缠干涉度量学”,就是通过理论突破将量子保密通信带入现实应用。

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王小美

听你这么一讲是明白许多了,你上面阐述的概念就是新闻上常见的量子纠缠是吧?

九小州

是的,量子纠缠就是如果两个相似的量子距离足够近,就会发生纠缠,然后你把它们分开无论多远,这两颗量子的状态就好像一对有心灵感应的双胞胎一样,一个开心,另一个也会笑,一个哭了,另一个一定也难过,这个可能是科学中最奇特的现象之一。

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王小美

讲了这么多,我基本清楚了,听说现在科学家们还在研究量子计算机,这种计算机技术速度超快,可以把现在的计算机甩到十万八千里之外。

九小州

量子技术在现实应用方面,一直有两大主要分支,第一是量子通信,第二是量子计算。


这两者听上去也很容易混淆,但其实代表着完全不同的两种技术路数。总体来说,中美两国恰好是选择了两个不同的方向。


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王小美

哦?中国和美国选择的分别是哪个方向?

九小州

在量子通信产业化方面,中国无疑领先于美国。

  

量子通信的商用性主要就体现在数据保密上,比如网上银行数据的远程灾备应用、金融机构信息数据的采集应用、金融信息交易应用以及银行同城数据生产和灾备应用等。

  

目前量子通信里面研究的主要进展,就是把一对纠缠态量子之间的距离尽可能拉长。

  

比如中科大潘建伟院士团队实现的“多自由度量子隐形传态”研究,被评为2015年度国际物理学领域的十项重大突破之首。


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王小美

那美国是要搞量子计算了?


九小州

是的,这和硅谷这几年全力投入机器学习和人工智能的风潮有关系。

  

虽然量子计算的应用其实很受限,但和人工智能的核心部分却异常匹配,可能是未来真正强大的人工智能出现的基础。

  

所以虽然量子通信是当之无愧的信息安全利器,但相比起来,量子计算一旦被攻破,则可能是类似蒸汽机之于工业文明那样的新一代科技引擎,甚至是人类文明的一大步。




原文发布时间为:2017-12-11
本文作者:windy
本文来源:九州量子,如需转载请联系原作者。

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