量子衛(wèi)星是何物
時(shí)間:2016-08-17 10:48:43 來源：
中國(guó)首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星將于今年8月，也就是這個(gè)月?lián)駲C(jī)發(fā)射啦！這是世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信，旨在構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與實(shí)驗(yàn)體系！
量子衛(wèi)星有何神奇之處？ADSS光纜
作為中科院空間科學(xué)先導(dǎo)專項(xiàng)的第三顆科學(xué)衛(wèi)星，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星在2011年時(shí)就已經(jīng)正式立項(xiàng)了。
有人可能不禁要問了：為什么要建設(shè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)？這對(duì)我們?nèi)粘Ｉ钣心男┯绊?？真的不?huì)再有信息安全問題？
下面我們就來認(rèn)識(shí)認(rèn)識(shí)量子這家伙吧！
我們知道構(gòu)成世界的所有物質(zhì)都是由很小的微粒組成的。
一個(gè)物理量，如果有最小的單元而不可連續(xù)分割，就說這個(gè)物理量是量子化的，并把這最小的單元稱為量子。量子是能量的最小單位，分子、原子、光子、電子都是量子的表現(xiàn)形態(tài)。ADSS光纜廠家
其實(shí)，所有的基本粒子，包括電子、光子，它們都是量子，所以你也可以說整個(gè)世界其實(shí)就是由量子組成的。
而且從某種程度上說，人類就是一個(gè)龐大量子的集合！你每一次的呼吸，其實(shí)都包含著上萬億量子的進(jìn)出呢！
打個(gè)比方，我們把量子比作孫悟空，孫悟空在西游記中多次使用過分身術(shù)，其實(shí)量子也有很多個(gè)分身，現(xiàn)在假設(shè)量子的三個(gè)分身ABC，分別去北京、上海、廣州玩兒，但是只要其中一個(gè)分身被發(fā)現(xiàn)（學(xué)術(shù)說法叫被測(cè)量），ABC就會(huì)隨機(jī)消失掉兩個(gè)，可能是AB，可能是BC，可能是AC，而僅留下一個(gè)。這個(gè)就叫量子疊加原理。
什么是量子保密通信？ADSS光纜
量子通信分為兩類，一類是量子密鑰（也稱量子保密通信），一類是量子態(tài)傳輸（也稱量子隱形傳態(tài)）。
那到底什么是量子保密通信呢？讓我們舉個(gè)例子。
如果科學(xué)家想要傳輸一個(gè)秘密給收信人，就要給收信人兩樣?xùn)|西，鑰匙和存放著物品的箱子。收信人只有同時(shí)收到密鑰和箱子，才可以打開箱子取出里面的物品。
之后，科學(xué)家選擇普通方式寄出箱子就可以了，因?yàn)闆]有密鑰別人是打不開這個(gè)箱子的。這就是絕對(duì)安全的量子保密通信！
傳統(tǒng)的通信方式無非是在傳輸介質(zhì)和加密數(shù)據(jù)上下功夫，但黑客攻擊和網(wǎng)絡(luò)竊聽依舊此消彼漲，而量子通信則完美擊破這個(gè)壁壘。
傳統(tǒng)的數(shù)字計(jì)算加密方法都是可以破譯的，只是時(shí)間長(zhǎng)短的問題而已。ADSS
根據(jù)量子疊加原理，密鑰就是量子的多個(gè)分身，一旦被竊聽，被測(cè)量，其他分身就會(huì)隨機(jī)消失，科學(xué)家就會(huì)發(fā)現(xiàn)，把該鑰匙廢掉，再寄一把，直到確保收信人拿到這把鑰匙。
而量子保密通信就好比要給接受者鑰匙和保險(xiǎn)箱，他拿到保險(xiǎn)箱之后我們?cè)倮昧孔討B(tài)來傳遞密鑰，一旦被截獲，量子的狀態(tài)會(huì)改變，變成無意義的信息，而接受者也能立馬察覺，直到一把新的鑰匙安全無誤地被接收。
基于糾纏的量子通信？心有靈犀？
量子隱形傳態(tài)，是基于量子疊加、量子糾纏理論，通過隱形傳輸而實(shí)現(xiàn)的信息傳遞方式。
心有靈犀確實(shí)是可以實(shí)現(xiàn)的！
量子糾纏，則是指把兩個(gè)量子糾纏在一起。糾纏在一起的量子像一對(duì)親密愛人，可以共生死。
啥意思？
比如李雷和韓梅梅各代表一個(gè)量子，他們結(jié)婚了（糾纏在一起），李雷和他的分身在上海和北京，韓梅梅和她的分身也在上海和北京，一旦李雷的分身被測(cè)量到了，那么李雷和韓梅梅在同一地方的分身都會(huì)消失，他們倆都分別只留下了一個(gè)分身。這就是量子糾纏，它幫助科學(xué)家完成了量子的隱形傳態(tài)。
量子衛(wèi)星VS量子通信？
量子的信息攜帶者光子在光纖中可以完成短距離傳播，在大氣層中卻可以傳遞幾千公里，超過一定的距離限度則會(huì)失去信號(hào)，因此就需要衛(wèi)星來協(xié)助。
于是，量子衛(wèi)星作為地面上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)站的中介，使其形成區(qū)域通信網(wǎng)絡(luò)，海量信息穿梭如影，且無條件安全。
量子衛(wèi)星上天后，它會(huì)發(fā)出一連串的單光子，由地面上的光學(xué)實(shí)驗(yàn)站接收再進(jìn)行解碼，如果成功，就相當(dāng)于完成了通信。這么做也是為了實(shí)現(xiàn)天地之間的量子保密通信做準(zhǔn)備，如果能成功，將意味著我們有望建成大范圍的全球量子通信網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)然靠這一顆衛(wèi)星也不一定能完成全球保密通信網(wǎng)絡(luò)。
如果這次我國(guó)的這顆衛(wèi)星能實(shí)現(xiàn)天地之間的量子通信的話，那在此之后，陸續(xù)會(huì)有其他量子衛(wèi)星與它并肩作戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)全球化廣域的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。
量子通信大發(fā)展
中國(guó)預(yù)計(jì)在2030年實(shí)現(xiàn)量子通信的全球化，這除了需要量子衛(wèi)星發(fā)揮功效，還需要地面上的光纖量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)協(xié)同完成任務(wù)。
準(zhǔn)確來說，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星是起到“探路者”的作用，它的成功意味著天地在理論和實(shí)際中都能完美接洽。
骨干網(wǎng)絡(luò)就是光纖量子通信骨干網(wǎng)工程——“京滬干線”項(xiàng)目。在北京和上海之間實(shí)現(xiàn)量子通信，總長(zhǎng)2000余公里，從北京出發(fā)，經(jīng)過濟(jì)南、合肥再到上海，今年年底將交付使用。
“京滬干線”好比是連接地面上的各個(gè)城市、每個(gè)信息傳輸點(diǎn)的無形大網(wǎng)，量子衛(wèi)星就好比是一桿將這張網(wǎng)射向太空的“標(biāo)槍”。衛(wèi)星在天上，骨干網(wǎng)絡(luò)在地上，天地配合才能實(shí)現(xiàn)全球化通信。
