量子通信有何“特異功能”

　　據(jù)報道，我國近期發(fā)射首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星。衛(wèi)星成功運行，我國將成為世界上第一個實現(xiàn)衛(wèi)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

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

　　在微觀領(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。這個最小的基本單位統(tǒng)稱為量子，包括原子、電子、光子等。對量子通信來說，最重要的兩個理論基礎(chǔ)是不確定性原理和不可克隆原理。前者認(rèn)為，一個量子的某些物理量(如位置和動量、時間和能量等)，不可能同時具有確定的數(shù)值;其中一個量越確定，另一個量的不確定程度就越大。后者表明，量子是不可復(fù)制的。舉例來說，如果一枚旋轉(zhuǎn)著的硬幣是量子世界中一個物體，一旦你要復(fù)制它，勢必要對它進(jìn)行測量，而這種外來的行為就會改變硬幣的運動狀態(tài)。

　　當(dāng)前普遍使用的、以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的密碼體制，始終存在著被破譯的風(fēng)險。如果量子通信過程中存在竊聽或者信息復(fù)制等測量行為，由于量子密碼具有不確定性、不可克隆性，因而竊聽者是永遠(yuǎn)無法獲取全部信息的。

　　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，在地面間實施遠(yuǎn)距離量子通信尚面臨困難。特別是，光纖中的光子衰減問題，使得“兩點之間距離”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(wèi)星與地面之間的量子通信成為一種更好的選擇。

　　要實現(xiàn)星地量子通信，首先要通過一個捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)，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(jù)相應(yīng)的量子密鑰分配協(xié)議，便可在通信兩端產(chǎn)生絕對安全、無法竊聽的共享密鑰。通過衛(wèi)星這個載體，不但能夠?qū)崿F(xiàn)星地間量子通信，而且還能實現(xiàn)全球任意點對點的量子通信。

　　為應(yīng)對挑戰(zhàn)，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(tǒng)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)實驗衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)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)實驗。