什麼是量子與網路

Ⅰ 量子通訊是什麼東西研究它有什麼用

什麼是量子通訊

潘建偉研究小組於2003年開始研究自由空間量子通信,他們在實驗點制備出成對的糾纏光子,再利用兩個專門設計加工的發射望遠鏡將容易發散的細小光束「增肥」後向東西相距13公里的兩個實驗站送出,兩個接收端用同樣型號的望遠鏡收集。

經過研究人員的種種努力,在如此遠距離的傳送中,雖有許多糾纏光子衰減,但仍有相當比例的「夫妻對」能存活下來並有旺盛的生命力,經單光子探測器檢測,分居東西兩地的光子「夫妻對」即使相距遙遠仍能保持相互糾纏狀態,攜帶信息的數量和質量能完全滿足基於衛星的全球化量子通信要求。

在此基礎上,研究小組進一步利用分發的糾纏光源進行絕對安全的量子保密通信。13公里不僅是目前國際上自由空間糾纏光子分發的最遠距離,也是目前國際上沒有竊聽漏洞量子密鑰分發的最大距離。

2012年8月11日我國科學家潘建偉等人近期在國際上首次成功實現百公里量級的自由空間量子隱形傳態和糾纏分發，為發射全球首顆「量子通訊衛星」奠定技術基礎。國際權威學術期刊《自然》雜志8月9日重點介紹了該成果。

量子通訊的優勢是啥

由於量子信號的攜帶者光子在外層空間傳播時幾乎沒有損耗,如果能夠在技術上實現糾纏光子再穿透整個大氣層後仍然存活並保持其糾纏特性,人們就可以在衛星的幫助下實現全球化的量子通信。

量子衛星是什麼?簡單的來說，是通訊衛星。

量子通信因其傳輸高效和絕對安全等特點，被認為是下一代通信和計算機技術的支撐性研究。由於量子不可分割、狀態不可克隆的特性，將其作為信息載體便可以實現抵禦任何竊聽的密鑰分發，進而保證傳輸內容的絕對安全。以此為核心研究內容的量子衛星通信，也已成為全球物理學研究的前沿與焦點領域。

中國的量子衛星和量子通信

我國關於量子衛星的研製始於2011年，並在2013年啟動了光纖量子通信骨幹網工程「京滬干線」項目。據了解，建成後的「京滬干線」全長2000多公里，連接北京、濟南、合肥、上海等全國多個城域網路，並將是全球首個廣域光纖量子保密通信骨幹網路。

據中國科學技術大學教授、中國科學院院士、中科院量子信息與量子科技前沿卓越創新主任潘建偉透露，中科院「量子科學實驗衛星」預計2016年7月發射，這既是中國首個、也是世界首個量子衛星。

該衛星的發射將使中國在國際上率先實現高速星地量子通信，連接地面光纖量子通信網路，初步構建量子通信網路。 他還透露，「京滬干線」大尺度光纖量子通信骨幹網工程預計於今年下半年交付。

據悉，這一工程將構建千公里級高可信、可擴展、軍民融合的廣域光纖量子通信網路，建成大尺度量子通信技術驗證、應用研究和應用示範平台。

2016年8月英媒稱，中國科學家將發射世界首顆「量子衛星」，這有朝一日或許有助於建立一個極其安全的全球通信網路。

英國《每日郵報》網站8月3日報道，這個重達1300磅（約合590千克）的航天器中，含有一塊能夠產生糾纏光子對的晶體，這些光子對將被發射到中國和奧地利的地面衛星接收站中，從而形成一個「密鑰」。

據《自然》雜志報道，該衛星計劃於本月晚些時候在酒泉衛星發射中心進行發射。如果這一為期兩年的研究任務的初期實驗能夠獲得成功，那麼可能很快就會再發射多顆衛星。

研究人員正在努力證明粒子即使相距極遠——該研究的實驗距離約為750英里（約合1200公里）——也能保持糾纏。

此前為證明量子通信所做的研究顯示，這一距離最長為180英里出頭。現在科學家們希望，太空中的光子傳播能夠將這一距離變得更長。

《自然》雜志解釋道，通過空氣和光纖時，光子會被分散或吸收，這給脆弱的量子態的保持帶來了挑戰。但光子在太空中的傳播卻更平順。

實現此等距離的量子通信將使建立安全的全球通信網路成為可能，通信雙方能夠使用一個共享的密鑰進行交流。

在量子物理學中，糾纏粒子即使相隔極遠，也會保持相互連接。因此，其中一個粒子的動作會影響另一個粒子的行為。如果某個人試圖在一端竊聽，那麼另一端就能檢測到這種通信干擾。

該研究任務為期兩年。在此期間，中國研究人員將進行貝爾測試，以證明在這樣一種超遠距離下，糾纏依然存在。

此外，據英國《自然》周刊報道，中國人還將嘗試「隱形傳送」量子態，即在一個新位置重建某個光子的量子態。

中國的這項實驗將嘗試創造出一種高效可靠的量子隱形傳態方法。研究人員說，實現了量子隱形傳態後，便能製造出一種解析度極高的望遠鏡。

伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的物理學家保羅·奎亞特說：「你不僅能看到那些行星，理論上來說，還能看清木星衛星上的車輛牌照。」奎亞特參與了美國航空航天局的項目。

這個中國航天器的首項任務便是將光子對發射到北京和維也納的地面接收站中，從而形成密鑰。但是，隨著研究工作的進行，這顆衛星可能很快便會迎來其他衛星的加入。

中國科學技術大學物理學家陸朝陽告訴《自然》周刊：「如果首顆衛星表現不錯，中國肯定會發射更多。」若要創建一個連接全世界的通信網路，大約需要部署20顆衛星。