量子通信有何“特異功能”

　　據報道，我國近期發(fā)射首顆量子科學(xué)實(shí)驗衛星。衛星成功運行，我國將成為世界上第一個(gè)實(shí)現衛星和地面之間量子通信的國家。量子通信究竟有何“特異功能”?

　　理論上絕對安全

　　隨著(zhù)信息時(shí)代的迅猛發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎的信息技術(shù)即將達到物理極限。而以量子效應為基礎的量子通信，被認為具有高效率和理論上絕對安全等特點(diǎn)，有望開(kāi)啟一次新的技術(shù)革命。

　　在微觀(guān)領(lǐng)域中，某些物理量的變化是以最小的基本單位跳躍式進(jìn)行的。這個(gè)最小的基本單位統稱(chēng)為量子，包括原子、電子、光子等。對量子通信來(lái)說(shuō)，最重要的兩個(gè)理論基礎是不確定性原理和不可克隆原理。前者認為，一個(gè)量子的某些物理量(如位置和動(dòng)量、時(shí)間和能量等)，不可能同時(shí)具有確定的數值;其中一個(gè)量越確定，另一個(gè)量的不確定程度就越大。后者表明，量子是不可復制的。舉例來(lái)說(shuō)，如果一枚旋轉著(zhù)的硬幣是量子世界中一個(gè)物體，一旦你要復制它，勢必要對它進(jìn)行測量，而這種外來(lái)的行為就會(huì )改變硬幣的運動(dòng)狀態(tài)。

　　當前普遍使用的、以數學(xué)為基礎的密碼體制，始終存在著(zhù)被破譯的風(fēng)險。如果量子通信過(guò)程中存在竊聽(tīng)或者信息復制等測量行為，由于量子密碼具有不確定性、不可克隆性，因而竊聽(tīng)者是永遠無(wú)法獲取全部信息的。

　　突破光纖距離限制

　　由于地球曲率的影響和光纖損耗的增加，在地面間實(shí)施遠距離量子通信尚面臨困難。特別是，光纖中的光子衰減問(wèn)題，使得“兩點(diǎn)之間距離”最多只有100公里。而光子在自由空間中的傳輸，可以大大突破這種傳輸距離限制，因此衛星與地面之間的量子通信成為一種更好的選擇。

　　要實(shí)現星地量子通信，首先要通過(guò)一個(gè)捕獲、跟蹤、瞄準系統，建立起量子密鑰分配所需的通信信道。密鑰分配的通信鏈路建立之后，根據相應的量子密鑰分配協(xié)議，便可在通信兩端產(chǎn)生絕對安全、無(wú)法竊聽(tīng)的共享密鑰。通過(guò)衛星這個(gè)載體，不但能夠實(shí)現星地間量子通信，而且還能實(shí)現全球任意點(diǎn)對點(diǎn)的量子通信。

　　為應對挑戰，中國科技大學(xué)和中科院上海技術(shù)物理研究所等聯(lián)合進(jìn)行了科技攻關(guān)，并取得多項重要進(jìn)展。例如，提出完整的星地量子通信系統方案，并在青海湖畔順利完成世界首次浮空平臺量子密鑰分發(fā)試驗等。此次即將發(fā)射的量子科學(xué)實(shí)驗衛星，能夠實(shí)現從北京到新疆的量子通信。在此平臺上，科學(xué)家們還將完成空間大尺度量子科學(xué)實(shí)驗。