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與非網(wǎng) 9 月 11 日訊，昨日，中國科學(xué)院與德國國立科學(xué)院聯(lián)合舉辦了第一屆雙邊研討會。會上，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉進(jìn)行了題為“夢想還是現(xiàn)實(shí)？量子通信的過去、現(xiàn)在與未來”的報告。
對信息的安全傳輸是數(shù)千年來人類一直追求的夢想。理論上，所有依賴于計(jì)算復(fù)雜度的經(jīng)典加密方法原理上都可以被破解，因此在歷史發(fā)展中，經(jīng)典密碼學(xué)的每一次進(jìn)步都被破解技術(shù)的進(jìn)步所擊敗。那么人類能否發(fā)明一種密碼工具來確保信息傳輸?shù)陌踩裕烤唧w而言，該如何在相距遙遠(yuǎn)的兩地實(shí)現(xiàn)安全的密鑰分配？
由于量子密鑰分發(fā)過程中，線路的安全性是可以嚴(yán)格保障的，因此可能的安全性漏洞就集中在發(fā)射端和接收端。誘騙態(tài)方案和“測量器件無關(guān)”方案分別解決了上述兩端的安全性漏洞。這兩個方案均率先被潘建偉團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)。
潘建偉在報告中指出，在人類實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離安全量子通信的征途上有兩大挑戰(zhàn)，分別是現(xiàn)實(shí)條件下的安全性問題和遠(yuǎn)距離傳輸問題。
迄今為止，在地面實(shí)驗(yàn)中，量子密鑰分發(fā)的點(diǎn)對點(diǎn)距離可達(dá)到 500 千米量級，而量子隱形傳態(tài)可達(dá)到 100 千米。那么，如何在此基礎(chǔ)上繼續(xù)增加量子通信的距離呢？
一個階段性的解決方案是可信中繼傳輸，我國建設(shè)的光纖總長超過 2000 千米的“京滬干線”便采用了這一方案。在可信中繼方案中，需要人為保障中繼站點(diǎn)的安全，而中繼之間的線路則是安全的。這比傳統(tǒng)通信手段中整條線路處處都面臨著信息泄露的風(fēng)險而言，大幅提高了安全性。
更為長遠(yuǎn)的方案是使用量子中繼器。量子中繼包括量子糾纏純化、量子糾纏交換和量子存儲等手段，可以在遙遠(yuǎn)地點(diǎn)間分發(fā)量子糾纏，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信。潘建偉團(tuán)隊(duì)在量子中繼的核心環(huán)節(jié)取得了一系列重要成果，目前已可支持通過量子中繼實(shí)現(xiàn) 500 千米的量子通信。但是量子中繼器的實(shí)際應(yīng)用可能還需要等待 10 年之久。
目前更為有效的方法是基于衛(wèi)星的量子通信技術(shù)。這種手段不受地球表面障礙物的影響，在外太空也幾乎沒有衰減。我國于 2016 年研制成功并發(fā)射國際上首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實(shí)現(xiàn)星地量子通信實(shí)驗(yàn)，充分驗(yàn)證了這一技術(shù)的可行性。
報告中，潘建偉展望量子通信的未來，描繪了一幅令人遐想的圖景：通過量子衛(wèi)星與地面光纖網(wǎng)絡(luò)，并與經(jīng)典通信網(wǎng)絡(luò)相融合，未來將可形成覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)，全面提升信息安全水平。而利用廣域的量子通信網(wǎng)絡(luò)，人類可以發(fā)展出空間分辨率極高的望遠(yuǎn)鏡技術(shù)；也可以構(gòu)建高精度的光頻率傳遞網(wǎng)絡(luò)，精度相比現(xiàn)在的微波時頻網(wǎng)絡(luò)可以提高 4 個數(shù)量級。
而“墨子號”量子衛(wèi)星發(fā)展的空間量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，也為物理學(xué)基本原理研究提供了全新的平臺。
例如，最近潘建偉團(tuán)隊(duì)利用“墨子號”量子衛(wèi)星對 Event Formalism 量子引力模型進(jìn)行了檢驗(yàn)，首次對量子力學(xué)和引力的融合進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探索。
利用高軌空間極低的引力和磁場噪聲，未來還有望實(shí)現(xiàn)精度高達(dá) 10-21 的光鐘，將會促進(jìn)對引力波信號，特別是低頻信號的探測，可以揭示更為豐富的天文現(xiàn)象。
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