中國量子通信研究新進展:量子衛(wèi)星攜四大任務即將發(fā)射
今年3月,全國政協(xié)委員,中科院院士潘建偉曾透露,中國量子保密通信京滬干線將在今年下半年全線開通,中國研制的世界首顆“量子科學實驗衛(wèi)星”也將在今年七月發(fā)射,從而形成一個天地一體化的量子通信網絡。
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201606/293306.htm量子通信總是讓人感覺神秘,事實上其來頭的確非常“高大上”。在日前舉辦的“光纖通信50年高峰論壇”上,中科院上海分院副院長王建宇表示,量子信息學建立在20世紀物理學支柱之一的量子力學基礎之上,量子通信則是量子信息學的兩大應用之一。量子具有不可復制性,利用這一特性制作的密碼,從理論上講是一種最為安全的密碼,量子通信也成為“絕對安全”的通信方式。
量子通信的絕對保密特性,在軍事、金融、政務等領域擁有廣泛的用途,因此成為各主要發(fā)達國家和地區(qū)研究的重點。王建宇介紹,美國在“保持國家競爭力”計劃中,將量子信息列為重點支持領域;歐洲“量子信息處理與通信戰(zhàn)略報告”提出,未來5到10年實現(xiàn)千公里級的量子通信、多節(jié)點量子通信網絡和基于衛(wèi)星的量子通信,并進行了一系列的實驗;日本計劃在5-10年內建成全國性的高速量子通信網,并啟動了長期支持計劃。
量子通信只有30年的發(fā)展歷史,對中國來說并沒有很重的歷史包袱,因此在量子通信方面的研究,中國與國外諸強基本上從開始就站在同一起跑線上。資料顯示,中國在2012年初建成世界上規(guī)模最大的46節(jié)點量子通信試驗網——合肥量子通信政務網,建成以來運行良好;2012年,新華社和中國科大合作建設的金融信息量子通信驗證網在北京開通,在世界上首次實現(xiàn)利用量子通信網絡對金融信息的安全傳輸;2014年,世界第一條量子信息保密干線——“京滬干線”量子通信工程開工建設。
潘建偉曾指出,量子通信技術的實際應用將分三步走:一是通過光纖實現(xiàn)城域量子通信網絡;二是通過量子中繼器實現(xiàn)城際量子通信網絡;三是通過衛(wèi)星中轉實現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網絡。
在本次論壇上,王建宇詳細闡述了采用衛(wèi)星進行量子通信實驗的意義。陸地量子通信基于光纖傳輸,但光纖存在固有的光子損耗、與環(huán)境的耦合會使糾纏品質下降,因此光量子傳輸難以通過光纖向遠距離拓展;近地面自由空間通道會受地面障礙物、地表曲率、氣象條件的影響,光量子傳輸難以在地面自由空間中向遠距離拓展。
衛(wèi)星通信的優(yōu)勢在于,克服地表曲率、沒有障礙物的阻礙;大氣對某些波長的光子吸收非常小;只有5-10公里的水平大氣等效厚度;大氣能保持光子極化糾纏品質;外太空無衰減和退相干。以上特質,使得衛(wèi)星通信成為遠距離光量子傳輸?shù)谋赜芍贰?/p>
中科院先導項目“量子科學實驗衛(wèi)星”,據王建宇介紹,從2011年就開始進行任務需求分析、整星方案設計和關鍵技術攻關,并在當年底立項。在2012-2016年,量子衛(wèi)星經歷了整星初樣設計、各類試驗和生產、總裝、與大系統(tǒng)對接試驗、衛(wèi)星出廠測試等步驟,且都順利完成,并將在2016年7月“擇機發(fā)射”。
整個項目分為衛(wèi)星和地面兩大部分。在地面,項目已經完成了一系列關鍵技術測試;在衛(wèi)星部分,發(fā)射后將攜四大任務:星地高速量子密鑰分發(fā)的實驗;廣域量子通信網絡實驗任務;星地雙向糾纏分發(fā)的實驗;空間尺度量子隱形傳態(tài)的實驗,目標建立星地量子信道。
按照規(guī)劃,中國在2016年首顆量子衛(wèi)星發(fā)射后還將發(fā)射更多衛(wèi)星,到2020年實現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā), 屆時聯(lián)接亞洲與歐洲的洲際量子通信網也將建成。到2030年左右,中國將建成全球化的廣域量子通信網絡。中國量子通信技術的研究成果不必否認,隨著國家大力推動量子技術的發(fā)展,將有機會成就一段技術傳奇。
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