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量子卫星:开启人类保密通信新纪元

一对缠绕的光子将被拆散,从太空发射到地面,开启人类保密通信的新历史。8月中旬,中国将发射首颗量子科学实验卫星。

你粘好信封,滴蜡盖上火印,但防不住有人拆开、读完再复原;你想用电磁波传递一个秘密,但“音量”再低,也防不住精细的窃听。最终,你设法将“音量”调低到如此程度:只发射一颗光子,任何间谍去测量都会破坏它,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。中国量子卫星的保密原理就是如此。理论上绝对安全的密电一旦实现,银行和军队都将获益。

<北京癫痫治疗哪家医院好p>绝对保密的通信依靠量子纠缠,也就是爱因斯坦说的“幽灵般的超距离作用”来工作――两颗光子无论相距多远,总是“心灵感应”:一个变化,另一个就保持同步。于是一对纠缠的量子态的光子,可以被当作钥匙分发给北京与上海。上海读取光子b,破坏了它“既黑又白”的量子模糊状态,让它显出黑或白色;北京的光子a也将心灵感应地破坏,呈现同样颜色。如此发射和读取一连串纠缠光子,北京和上海就能得到同样的数列,比如“黑白白黑黑白黑白”,这就是密码――间谍想要读取一长串光子再原样发送,而不被发觉的可能性为零。

量子科学家操纵激光发生看癫痫病应该选择哪家医院器,让一个光子分为两个纠缠的光子――潜在的信息寄托于它们的偏振态或其他属性,再分发到尽量远的地方并测量。中科大的潘建伟教授等科学家经过20年努力后,发明了能够长时间(毫秒级)存储量子的中继器。人们已经能在地面上传送纠缠光子跨越上百公里。奥地利曾用量子通信传递了银行支票,瑞士用它传送过大选得票信息。在中国,“北京―济南―合肥―上海”量子通信干线已经建立。

但无论是近地面空气还是光纤玻璃都容易阻挡和吸收光子。因此跨越大气层的卫星量子通信方案很吸引人。即将发射的中国量子卫星质量约600千克,由长征―2d火箭运张家口癫痫病如何才能治疗载,运行于500千米太阳同步轨道。卫星携带的一块晶体将制造激光和一对纠缠光子,并且将他们分发到两个地面站。

为了让单个光子传送数百公里,穿越大气还能钻进地面接收器,中国量子卫星必须时刻矫正位置,保持精确朝向两个地面目标,这也是世界上未曾达到的精细度。传输错误率也得相当低,才能保证通信可行。接下来两年,中国科学家将测试被分发到相距成千、甚至上万公里的一对纠缠的光子能否保持纠缠――理论预言是可以的,但谁也没做过。

飞机和地面之间的量子通信已经实验成功。而近两年,意大利、新加坡和英国的科学常德什么医院看癫痫好家也曾利用卫星探索天地量子通信的可行性,已制造出互相关联的成对光子――纠缠光子的前一步。而中国则是第一个发射量子通信卫星试图验证整个流程的国家。

如果这次量子卫星实验成功,中国量子通信网下一步将试图连接中国和欧洲,并在2030年扩充成20颗卫星规模的全球网络。但近年来也有科学家撰文指出量子通信系统的一些安全漏洞,尽管不是量子加密方式本身的问题:比如中继站在接收和发送之间存在信息截获的可能,这是中国科学家要设法避免的。

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