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        奔跑中的中國 — 量子通信與量子存儲器

        2017-11-07 05:41:12供稿
        動漫星空(興趣百科) 2017年4期
        關(guān)鍵詞:鑰匙博士

        加 加 徐 珊/供稿

        親愛的小伙伴們,你們知道嗎?在2016年全球自然科學(xué)技術(shù)指數(shù)中,我國共有20項(xiàng)高科技處于世界第一,領(lǐng)先于西方國家!我一直以為祖國只是個加工大國,沒想到科技也已經(jīng)這么發(fā)達(dá),能研發(fā)出這么多的屬于自己的高科技!

        我真的是太激動了,相信小伙伴們此刻的心情也跟我一樣吧!接下來,就讓我一個一個來介紹吧!今天,咱們就先來說說量子通信和量子存儲器。這是兩項(xiàng)相依相存的科技,同時也是2016年最火的科技。

        2016年5月,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的教授們成功研究出百毫秒級高效量子存儲器。2016年8月,量子通訊衛(wèi)星“墨子號”被送入軌道。它不僅是中國第一顆,也是世界第一顆上天的量子衛(wèi)星。憑借著這顆衛(wèi)星,我國首次建成了“天地一體化”的量子通信網(wǎng)絡(luò),奠定了我國在量子通信領(lǐng)域的領(lǐng)頭地位。

        看到這里,我產(chǎn)生了一個疑問:現(xiàn)在的通訊這么發(fā)達(dá),電話、網(wǎng)絡(luò)無處不在,通訊衛(wèi)星更是滿天飛舞,為什么還要弄量子通信這么高深的東西?它到底有什么用處呢?現(xiàn)在,我就請W博士來給我們科普一下吧。

        在說量子通信之前,我們還是要先了解一下現(xiàn)有的通信手段。原來,從無線電到有線電話、傳真,再到現(xiàn)在的手機(jī)、互聯(lián)網(wǎng),這些通信技術(shù)都存在安全隱患。

        博士對我說:“諾諾,你不是對第二次世界大戰(zhàn)很感興趣嗎?那你一定知道盟軍獲勝的原因吧!那時軍隊(duì)發(fā)的都是電報(bào),就像廣播電臺發(fā)送廣播一樣,誰都可以‘截獲’電報(bào),而且敵人甚至不知道你已經(jīng)得到了機(jī)密文件。為了讓電報(bào)更安全,各國都有自己的電報(bào)密碼。美軍正是因?yàn)榈玫搅巳哲姷拿艽a翻譯文件,摸清了日本海軍的行蹤,這才在太平洋戰(zhàn)場上大獲全勝。英軍也是在成功破譯了德軍自認(rèn)為不可破解的‘恩尼格碼’密碼之后,才吹響了反攻的號角?!?/p>

        無線電會被竊聽,有線電話也不安全。諜戰(zhàn)片里經(jīng)常會有這樣的場景,間諜只要把一根電線搭在電話線上,就可以輕易竊聽了。至于互聯(lián)網(wǎng)泄密的事情,大家也一定不陌生。

        不知你有沒有想過,當(dāng)你在網(wǎng)上購物,當(dāng)你用手機(jī)通話或收發(fā)微信時,所有信息都是在開放的網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)?,沒有密碼技術(shù)保護(hù),很容易被黑客截獲。據(jù)估計(jì),全世界每天的生產(chǎn)總值至少有一半在國際銀行金融電訊網(wǎng)絡(luò)上流動,這樣大規(guī)模的金融活動如果失去保護(hù),必會引起世界級的災(zāi)難!

        同時,現(xiàn)代化的軍隊(duì)也比過去更依賴于網(wǎng)絡(luò)安全。事實(shí)上,現(xiàn)在只要能破解密碼,就可以在瞬間關(guān)閉敵對國的供電、通信、國防武器系統(tǒng),做到不戰(zhàn)而勝,而量子計(jì)算機(jī)正是可以輕易攻克任何密碼的利器!

        既然科學(xué)家們發(fā)明了量子計(jì)算機(jī),那么他們肯定也需要研發(fā)對抗它的手段,那就是量子加密通信。

        我問博士,量子通信聽起來就好高深的樣子,到底是什么東西呢?博士說,要了解量子通信,就必須先講量子。量子是構(gòu)成物質(zhì)的基本單元,是能量的最基本攜帶者,不可再分割。量子的奇妙之處就在于它的特性—量子疊加原理和量子糾纏。

        什么是量子疊加原理?“這就好比孫悟空的分身術(shù),各個分身能夠同時出現(xiàn)在多個地方。”W博士解釋道,“在生活中,我不可能同時出現(xiàn)在兩個地方。但在量子世界里,作為一個微觀的客體,它卻可以同時出現(xiàn)在許多地方。”

        要知道什么是量子糾纏,你就必須先了解“心靈感應(yīng)”。比如影片中,女主角突然頭痛欲裂,竟然是因?yàn)樗h(yuǎn)在天邊的雙胞胎妹妹中彈倒地了。你是不是覺得這樣的情節(jié)只會出現(xiàn)在電影中呢?事實(shí)上,這在量子世界里是真實(shí)存在的。量子物理實(shí)在是太違反常規(guī)了,兩個糾纏在一起的量子就像有心電感應(yīng)的雙胞胎,不管兩者的距離有多遠(yuǎn),都能感應(yīng)并復(fù)制對方的情況,愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”。2015年,荷蘭科學(xué)家證實(shí)“遠(yuǎn)距離瞬間感應(yīng)”在世界上真的存在。

        在了解了量子的這兩種特性后,讓我們回過頭來看一看量子通信吧!

        量子通信分為量子保密通信和量子隱形傳態(tài)。量子保密通信,就好比你想要把一只保險(xiǎn)箱運(yùn)給別人,打開這只保險(xiǎn)箱需要兩把鑰匙(即兩個糾纏著的量子)。這只保險(xiǎn)箱只能打開一次,如果有人想強(qiáng)行打開,保險(xiǎn)箱就會自毀。接著,你把其中一把鑰匙先發(fā)過去,如果這把鑰匙在途中被其他人接觸,你手上那把鑰匙就會立刻產(chǎn)生感應(yīng),大大減少了安全隱患。

        量子隱形傳態(tài)就更牛了,它能把實(shí)驗(yàn)室中一個粒子的未知量子態(tài)完美地傳送到遠(yuǎn)方的另一個量子上。在旁人看來,就好像是一個粒子瞬間移動到了另一個地方一樣!科學(xué)家希望這項(xiàng)技術(shù)能為將來的人體瞬移打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

        現(xiàn)在,我們知道量子通信有多厲害了。但科學(xué)家為什么要發(fā)射“墨子號”呢?原來,發(fā)射“墨子號”主要有三個目的:第一是用它來進(jìn)行衛(wèi)星和地面之間的量子通信;第二是能夠通過衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的糾纏光子分發(fā),測試量子糾纏現(xiàn)象,考察量子力學(xué)的特性;第三是做量子信息的遠(yuǎn)距離傳送,也就是量子隱形傳態(tài)。

        之所以要做衛(wèi)星和地面之間的量子通信,是因?yàn)榱孔有盘栐诠饫w中的損耗非常大,而通過自由空間(例如大氣層)卻可以輕松傳遞,因此需要用衛(wèi)星作為空間里的中轉(zhuǎn)站。如果我們想讓量子通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋全球,那就需要20顆量子通信衛(wèi)星。等到“量子互聯(lián)網(wǎng)”完全建成后,人們再也不用擔(dān)心信息泄露了,真希望那一天能早點(diǎn)到來!

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