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量子卫星是何物?快戳进来涨姿势!

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量子卫星是何物?快戳进来涨姿势!

雪花又一年 2018-05-03 14:36:00 浏览125 评论0

摘要: 号外!号外!中国首颗量子科学实验卫星将于今年8月,也就是这个月择机发射啦!这是世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,旨在构建一个天地一体化的量子保密通信与实验体系! 量子卫星有何神奇之处? 作为中科院空间科学先导专项的第三颗科学卫星,量子科学实验卫星在2011年时就已经正式立项了。

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号外!号外!中国首颗量子科学实验卫星将于今年8月,也就是这个月择机发射啦!这是世界上首次实现卫星和地面之间的量子通信,旨在构建一个天地一体化的量子保密通信与实验体系!


量子卫星有何神奇之处?


作为中科院空间科学先导专项的第三颗科学卫星,量子科学实验卫星在2011年时就已经正式立项了。


有人可能不禁要问了:为什么要建设天地一体化的量子通信网络?这对我们日常生活有哪些影响?真的不会再有信息安全问题?


下面我们就来认识认识量子这家伙吧!


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我们知道构成世界的所有物质都是由很小的微粒组成的。


一个物理量,如果有最小的单元而不可连续分割,就说这个物理量是量子化的,并把这最小的单元称为量子。量子是能量的最小单位,分子、原子、光子、电子都是量子的表现形态。


其实,所有的基本粒子,包括电子、光子,它们都是量子,所以你也可以说整个世界其实就是由量子组成的。


而且从某种程度上说,人类就是一个庞大量子的集合!你每一次的呼吸,其实都包含着上万亿量子的进出呢!


打个比方,我们把量子比作孙悟空,孙悟空在西游记中多次使用过分身术,其实量子也有很多个分身,现在假设量子的三个分身ABC,分别去北京、上海、广州玩儿,但是只要其中一个分身被发现(学术说法叫被测量),ABC就会随机消失掉两个,可能是AB,可能是BC,可能是AC,而仅留下一个。这个就叫量子叠加原理。


什么是量子保密通信?


量子通信分为两类,一类是量子密钥(也称量子保密通信),一类是量子态传输(也称量子隐形传态)。


那到底什么是量子保密通信呢?让我们举个例子。


如果科学家想要传输一个秘密给收信人,就要给收信人两样东西,钥匙和存放着物品的箱子。收信人只有同时收到密钥和箱子,才可以打开箱子取出里面的物品。


之后,科学家选择普通方式寄出箱子就可以了,因为没有密钥别人是打不开这个箱子的。这就是绝对安全的量子保密通信!

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传统的通信方式无非是在传输介质和加密数据上下功夫,但黑客攻击和网络窃听依旧此消彼涨,而量子通信则完美击破这个壁垒。


传统的数字计算加密方法都是可以破译的,只是时间长短的问题而已。


根据量子叠加原理,密钥就是量子的多个分身,一旦被窃听,被测量,其他分身就会随机消失,科学家就会发现,把该钥匙废掉,再寄一把,直到确保收信人拿到这把钥匙。


而量子保密通信就好比要给接受者钥匙和保险箱,他拿到保险箱之后我们再利用量子态来传递密钥,一旦被截获,量子的状态会改变,变成无意义的信息,而接受者也能立马察觉,直到一把新的钥匙安全无误地被接收。


基于纠缠的量子通信?心有灵犀


量子隐形传态,是基于量子叠加、量子纠缠理论,通过隐形传输而实现的信息传递方式。

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心有灵犀确实是可以实现的!


量子纠缠,则是指把两个量子纠缠在一起。纠缠在一起的量子像一对亲密爱人,可以共生死。


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啥意思?


比如李雷和韩梅梅各代表一个量子,他们结婚了(纠缠在一起),李雷和他的分身在上海和北京,韩梅梅和她的分身也在上海和北京,一旦李雷的分身被测量到了,那么李雷和韩梅梅在同一地方的分身都会消失,他们俩都分别只留下了一个分身。这就是量子纠缠,它帮助科学家完成了量子的隐形传态。


量子卫星VS量子通信?


量子的信息携带者光子在光纤中可以完成短距离传播,在大气层中却可以传递几千公里,超过一定的距离限度则会失去信号,因此就需要卫星来协助。


于是,量子卫星作为地面上两个实验站的中介,使其形成区域通信网络,海量信息穿梭如影,且无条件安全。


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量子卫星上天后,它会发出一连串的单光子,由地面上的光学实验站接收再进行解码,如果成功,就相当于完成了通信。这么做也是为了实现天地之间的量子保密通信做准备,如果能成功,将意味着我们有望建成大范围的全球量子通信网络。


当然靠这一颗卫星也不一定能完成全球保密通信网络。


如果这次我国的这颗卫星能实现天地之间的量子通信的话,那在此之后,陆续会有其他量子卫星与它并肩作战,实现全球化广域的量子保密通信网络。


量子通信大发展


中国预计在2030年实现量子通信的全球化,这除了需要量子卫星发挥功效,还需要地面上的光纤量子通信骨干网络协同完成任务。


准确来说,量子科学实验卫星是起到“探路者”的作用,它的成功意味着天地在理论和实际中都能完美接洽。


骨干网络就是光纤量子通信骨干网工程——“京沪干线”项目。在北京和上海之间实现量子通信,总长2000余公里,从北京出发,经过济南、合肥再到上海,今年年底将交付使用。

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“京沪干线”好比是连接地面上的各个城市、每个信息传输点的无形大网,量子卫星就好比是一杆将这张网射向太空的“标枪”。卫星在天上,骨干网络在地上,天地配合才能实现全球化通信。


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

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