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关于“墨子”卫星 你知道与不知道的都在这里了

作者:渭南科普网 来源:渭南科普网 关注: 时间:2016-08-24 15:46
 
  【PConline 杂谈】近期,有关“量子卫星”的消息,遍布网络。这颗取名“墨子”的量子卫星由我国自主研发,且是全球首颗量子卫星,已于8月16日凌晨成功发射升空,这在我国自主创新领域,无疑是意义重大的。与此同时,“墨子”号称拥有“绝对安全”的通讯技术。那么,在网络安全局势日趋严峻的今天,“墨子”如何做到自保?其背后又藏有哪些绝技?关于“墨子”,你知道与不知道的都在这里了。
关于“墨子”卫星 你知道与不知道的都在这里了
 
何为量子?
 
   作为现代物理的重要概念,量子最早由M·普朗克在1900年提出,是能表现出某物质或物理量特性的最小单元。以此为基础的量子传输,也不再是经典信息而是量子态携带的量子信息。量子信息的诞生,正催生着第二次信息革命,一次完全属于量子物理学的量子信息革命。
 
   其中,量子信息又包括了量子通信与量子计算,换言之,信息传输和计算都将直接植根于量子物理学。作为排头兵,量子通信走在了此次信息革命的最前面,成为量子信息的第一个突破点。
 
绝技与怪癖
 
   你不知道的是,量子拥有两个堪称神奇的绝技,一个是“分身术”,另一个是“远程心灵感应”,是量子计算机与量子通信的关键所在。其中,“分身术”也叫量子叠加,指一个量子可以同时存在好几种状态。“分身术”的一个典型应用,就是帮助计算机实现并行计算。有多大神力?倘若我们分解一个300位的大数,以现在的计算机需花费15万年,换用量子“分身术”做并行运算,只要一秒钟。没错!就是15万年与1秒的差距。
 
   实际上,“远程心灵感应”学名叫量子纠缠,如果两个相似的量子距离足够近就会发生纠缠,无论将其分开多远,这两颗量子的状态就好像是一对有心有灵犀的双胞胎,一个开心,另一个也会笑,当一个哭了,另一个也一定难过一样,这可能是科学中最奇特的现象之一,而爱因斯旦更将这种“感应”称作幽灵般的超距作用。
 
量子隐形传态
 
   理解了什么是量子纠缠,也就能理解下面要说的量子隐形传态了。介于量子纠缠是非局域的,两个纠缠的粒子无论相距多远,测量其中一个的状态必然能同时获得另一个粒子的状态,且获取这个“信息”不受光速限制。于是,物理学家想到是否能将这种跨越空间的纠缠态,用于信息传输。
 
   就这样,基于量子纠缠态的量子通讯应运而生,就是“量子隐形传态”。尽管在名字上,量子隐形传态借用了科幻作品中的隐形传态,但实际上却与隐形传态并无太大关联,而是通过跨越空间的量子纠缠来实现对量子比特的传输,整个过程一般分成以下几步:
 
   制备一个纠缠粒子对,将粒子1发射到A点,粒子2发送至B点;在A点,另一个粒子3携带一个想要传输的量子比特Q;A点的一方利用经典通讯方式,例如电话或短信等,将自己的测量结果告诉B点一方;B点的一方收到A点的测量结果后,就知道了B点的粒子2处于哪个态。
 
目前为止的绝对安全
 
   也许是太过神奇,以致于量子同时也拥有两个怪癖,即不可分割与不可克隆,两者也是量子保密通信的关键所在。利用量子的不可分割与不可克隆,可以做出最安全的保密钥匙,让现阶段的信息传输变得更安全。作为中国第一颗量子卫星,“墨子”号称拥有‘绝对安全’的通讯技术,就连最强大的黑客对其也是束手无策。那么,量子卫星到底如何做到这么强大的信息加密呢?
 
   其中的关键要素在于量子密匙,以具有量子态的物质作为密码,当有信息被截获或者被测量时,其自身状态会立刻改变,截获者智能得到无效信息。这从根本上解决了国防、金融、政务、商业等众领域的信息安全问题。
 
   这恐怕是迄今为止,唯一被严格证明是“无条件安全”的通信方式,可实现抵御任何窃听的密匙分发,进而保证用其加密的内容不可破译。
 
2030年,家家一个“密钥机”
 
   在量子通信网络下,一旦有人窃取你的私人通讯,你会立刻察觉,而及时采取相应的保护措施,而现有通信技术是无法做到的。因此,量子通信的商用已成为包括欧盟、美国、日本和中国在内,各个大国争相追逐的目标。
 
   中国科学技术大学潘建伟团队在合肥市实现了国际上首个所有节点都互通的量子保密通信网络,后又利用该成果为60周年国庆阅兵关键节点间构建了“量子通信热线”,之后研发的新型量子通信装备在北京投入常态运行,为“十八大”等国家重要政治活动提供信息安全保障。
 
   按照规划,到2020年,我国将实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发,到2030年前后,中国将建成全球化的广域量子通信网络。这对于普通百姓的生活,又有何改变呢?在中国科学院的一本有关量子卫星的科普手册中这样写道:如果一个覆盖全国甚至是全球化的量子通信网络构建完成,并且随着应用深入,成本逐渐降低,普通民众就能广泛享受量子通信带来的巨大便利。随着量子通信技术的不断发展与应用普及,可通过入户光纤的方式为每家每户配备一个量子密钥机,人手一部“量子密钥”手机,将不再是梦。
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