《排列三字谜》

图解:量子通信究竟是什么?和我们有啥关系?

21世纪经济报道 2017/6/15 15:19:00

本文地址:http://www.tjsni.com.cn/article/3000066132
文章摘要:图解:量子通信究竟是什么?和我们有啥关系?,塔里木盆三股腹股沟,荷西凡夫抹上。

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还记得这样的场景吗?电影中,主人公走入一扇“任意门”,瞬间就穿越来到另一个空间……

在量子世界里,这或许不是幻想。就在今天凌晨,我国发射了全球首颗量子科学实验卫星。这颗以中国古代科学家墨子命名的“墨子号”卫星,带着探索星地量子通信的使命升空,将继续为中国和世界的前沿科技“探路”。

未来在轨运行的两年时间里,它将配合地面的五个台站,进行大量工作,并将帮助我们建立一个极其安全的全球通信网络。

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中国空间量子卫星领军人物,中国科学技术大学常务副校长潘建伟院士说,之所以起名“墨子”,因为墨子首先通过小孔成像实验发现了光是直线传播的,而且墨子也提出了某种意义上的粒子论。 “因此,光量子学实验卫星用这位中国先贤命名,我认为是很妥帖的。”

究竟什么是量子通信?

古往今来,人们对于信息加密的探索从未停止。古时候,人们在信封上滴蜡盖上火印,但仍防不住有人拆开、读完再复原。现代,人们用电磁波传递秘密,但“音量”再低,也防不住精细的窃听。

现今,科学家设法将“音量”调低到如此程度:只依靠一颗颗光子,任何窃密者去测量都会破坏它,从而被发现。信息微弱到了极限——量子级别,再小心的读取都会彻底改变它,而不可能只改变一点点。这就是量子通讯的保密原理。

连美国都无法破解的中国量子密钥技术究竟是什么?看看中科院的科普:

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那么,量子科技和我们有什么关系?

“量子通信是迄今唯一被严格证明为无条件安全的通信方式。量子不可分割、不可克隆,所以能保证加密内容不被破译,可以从根本上保障信息安全、保护全人类的隐私。”量子科学实验卫星工程首席科学家潘建伟表示,理论上绝对安全的通信一旦实现,政府、军队和银行,乃至全社会都将获益。

(1)改变生活:或15年后走进中国百姓家

在潘建伟看来,量子通信的应用前景,就像电话的普及过程一样,将逐步进行,蔚为可观。“一开始,量子通信可能会应用于国防、金融、政务、科学研究等,之后会在大众中广泛应用。”

基于个人判断,他给出了一个量子通信技术普及的“时间表”:5年左右很多机要部门开始用,10年左右金融业、银行等大机构开始使用,15年的时间或许走进千家万户。“届时,每个人的家里、手机上或许都会有一个量子加密芯片,银行转款、电子账户等的涉密操作,都不用担心被盗用或者攻击。”

他并表示,这需要一个过程,依赖于量子通信网络的建设,应用成本也会逐渐下降。

(2)影响世界:多国望与中国共建“量子星座”

虽然量子科学实验卫星成功发射,但从长远来看,“要实现全球化量子通信还需要长期的努力,特别是需要多颗卫星的组网”,量子科学实验卫星科学应用系统总师兼卫星系统副总师彭承志表示,“这条征途没有尽头”。

也因此,中国以开放的姿态欢迎全球合作。“我们非常高兴地同意了奥地利方的请求,共同就北京到维也纳之间的洲际量子通信进行实验合作,中方并决定向全球开放载荷的相关数据”,潘建伟介绍称。

他表示,德国和意大利也非常希望继奥地利后加入中国团队的实验,在探索全球量子通信组网建设、“量子星座”建设中与中方展开合作。“协议目前已经走完了相关的流程,近期就将进行签署。”

“毕竟,科学也是面向全世界的,中国的量子卫星走在世界前列之后,可以引领整个学术界在这个方向开展研究,为人类贡献中国智慧”,潘建伟说。

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量子通信市场空间及产业链梳理

量子通信属于高科技产品,最初的应用主要在军事需求,超高的安全性,因此,得到国防的大力投入,在研究实力方面,军方的量子通信技术是最高的。

《2016-2020年中国量子通信行业深度调研及投资前景预测报告》中指出,量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景,不仅可用于军事、国防 等领域的国家级保密通信,还可用于涉及秘密数据和票据的电信、证券、保险、银行、工商、地税、财政以及企业云存储、数据中心等领域和部门,而技术又相对成熟,未来市场容量极大。

量子通信应用范围其中在专网市场,根据前瞻产业研究院的数据,随着量子通信技术的引入,国家对专网的持续投入加大,专业无线通信市场未来几年将保持高速度增长,保守估计到2020年我国专网通信行业的市场规模将有望达到300亿元,(2014-2020年间复合增速为25.66%)。

由于专网市场增量需求中比较大的一块来源于量子通信的渗透于应用,预计到2020年,将有35%的专网市场有望采用量子通信技术。因此,在专网市场内,量子通信的专网市场规模有望达到105亿左右。

产业链相关上市公司如下:

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附专家问答:“墨子星”上天啦!瞬间移动真能实现?

问:“量子态隐形传输”意味着能实现《星际迷航》里的瞬间移动吗?

答:“量子态隐形传输”是基于量子叠加和量子纠缠的特性,就是甲地某一粒子的未知量子态,可以在乙地的另一粒子上还原出来。其实传输的是粒子的量子态,而不是粒子本身。这种状态传送的速度上限仍然是光速,也不是“瞬间移动”。


现在,在光子、原子等层面已经实现了量子态隐形传输。电影里“大变活人”在原理上是允许的,但目前还远远做不到。因为科幻电影里人的传送,不仅需要把人的实体部分的大量原子、分子传送,并且严格按照原来的相对位置重新排列起来,更何况重现意识和记忆就更复杂了。

不过,随着科学的发展和技术的进步,也许未来我们还是可以实现人的量子隐形传态,到那时星际旅行就不是梦啦。

问:将来机器会不会像《变形金刚》里一样被装上量子大脑,从而取代人类?

答:所谓量子大脑,其实就是当今正在研制中的量子计算机。未来的量子计算机可能会对人工智能起到极大的帮助,在数据搜索、分析和处理方面提供远远超过目前经典计算机的运算能力。

机器人都是预先设置好程序的,而人是有意识和自由意志的。研究发现,人脑中的思维机制与量子叠加、量子纠缠或许存在相似之处。所以也有学者认为,未来可望创造出与人脑一样运行的人工智能机器人。真到这种程度,机器与生物之间的界限已经非常模糊。这目前还只是一种畅想,未来究竟怎样还得拭目以待。

(被采访者:量子卫星首席科学家潘建伟院士、中科院物理所研究员吕力、北京大学物理系教授刘雄军)


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