热点!全球首颗量子通信卫星揭秘

天文航天 发表于 2016-08-05 09:43 | 分类标签:量子保密通信量子纠缠量子通信

  2016年8月中旬,中国将择机发射“量子科学实验卫星”。如果卫星运行成功,我国将成为世界上首次实现卫星与地面之间量子通信的国家,并结合地面已有的光纤量子通信网络,初步构建一个广域量子通信体系,在世界上率先实现全球化的量子保密通信。

  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年时已正式立项。

  量子卫星有何神奇之处?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?别急,且听下面分解。

  量子迷踪

  Q(Question):量子是什么东东?我要听权威版本!

  A(Answer):构成世界的所有物质都是由很小的微粒组成的。然而,所有的微观粒子,包括原子、分子、光子,其实它们都是量子。所以你也可以说整个世界其实就是由量子组成的。我知道你不喜欢听概念,但是我还是要介绍:一个物理量,如果有最小的单元而不可连续的分割,就说这个物理量是量子化的,并把这最小的单元称为量子。

  Q:概念好绕呀,说白了于我何关呢?

  A: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。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,都包含着上万亿量子的进出,你说跟你有关没关?

  量子通信简说

  Q:如此高深的科学名词,是不是离生活很远啊?我选择沉默。

  A:永远别做科学白痴好嘛?量子可不是啥新鲜事物,2015年9月3号纪念抗战70周年时已运用了量子通信,量子就在我们身边~

  Q:唔,量子可以通心?心有灵犀的那种?

  A:是通信!量子通信呢,是基于量子叠加、量子纠缠理论,通过隐形传输而实现的一种信息传递方式。不过,心有灵犀确实是可以实现嗒!

  量子通信之番外

  Q:啊啊啊!叠加,纠缠,隐形,你是在写爱情科幻片脚本吗?

  A:(认真脸)量子叠加和量子纠缠是量子世界中两个基本原理,明白它们是咋回事你就是量子领域的达人了!做个比喻吧,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。

  Q:那量子纠缠呢?我离达人就差一步了!

  A:刚才量子叠加指的是一个量子的不同分身而已。量子纠缠,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。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。

  Q:所以就有了量子保密通信?

  A:对!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秘钥和箱子,才可以打开箱子取出里面的物品。根据量子叠加原理,秘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,这把钥匙废掉,再寄一把,直到确保收信人拿到这把钥匙。然后呢科学家就选择普通方式寄出箱子就可以了,因为没有秘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 !

  Q:说了这么多,那量子卫星又有啥作用,用光纤传递量子信息就好啊,造卫星多花钱啊?

  A:这是重点哦,量子的信息携带者光子在光纤中传播短距离内可以完成,超过一定的距离限度则会失去信号,但光子在大气层中却可以传递几千公里,因此就需要卫星来协助。不仅如此,它还能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,简直不要太美好!

 

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