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【南国早报】它虽诡异 但能最终解决信息安全问题

时间:2016-08-18 02:14:14 来源:南国早报|

  ■ 新华社记者 吴晶晶 杨维汉 徐海涛 
  
  量子揭秘
  在量子卫星首席科学家潘建伟院士看来,如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的“网”,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的“标枪”。当这张纵横寰宇的量子通信“天地网”织就,海量信息将在其中来去如影,并且“无条件”安全
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  量子这个“幽灵” 难倒爱因斯坦
  量子科学,对绝大多数人来说十分高冷。但当它与信息技术相连,就与我们每个人息息相关。当今社会,信息的海量传播背后也充斥着信息泄露的风险。而量子科学则为信息安全提供了“终极武器”。
  在物理王国里,量子理论是一个百岁的“幽灵”,爱因斯坦也曾被它的“诡异”所困扰。
  在量子世界中,一个物体可以同时处在多个位置,一只猫可以处在“死”和“活”的叠加状态上;所有物体都具有“波粒二象性”,既是粒子也是波;两个处于“纠缠态”的粒子,即使相距遥远也具有“心电感应”,一个发生变化,另一个会瞬时发生相应改变……
  正是由于量子具有这些不同于宏观物理世界的奇妙特性,才构成了量子通信安全的基石。在量子保密通信中,由于量子的不可分割、不可克隆和测不准的特性,所以一旦存在窃听就必然会被发送者察觉并规避。
  “传统的信息安全都是依赖于复杂的算法,只要计算能力足够强大,再复杂的保密算法都能够被破解。量子通信能做到绝对安全,是由量子自身的特性所决定的,计算能力再强也破解不了,因此它是革命性的,可从根本上、永久性解决信息安全问题。”潘建伟说。
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  各国竞相追逐 中国后来居上
  量子通信系统的问世,点燃了建造“绝对安全”通信系统的希望。当前,量子通信的实用化和产业化已经成为各个大国争相追逐的目标。
  在量子通信的国际赛跑中,中国属于后来者。经过多年的努力,中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列,在城域量子通信技术方面也走在了世界前列,建设完成合肥、济南等规模化量子通信城域网,“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网也即将竣工。
  然而,这只是开始。“在城市范围内,通过光纤构建城域量子通信网络是最佳方案。但要实现远距离甚至全球量子通信,仅依靠光纤量子通信技术是远远不够的。”潘建伟说。
  他解释说,因为量子的信息携带者光子在光纤里传播一百公里之后大约只有1‰的信号可以到达最后的接收站,所以光纤量子通信达到百公里量级就很难再突破。但光子穿透整个大气层后却可以保留80%左右,再利用卫星的中转,就可以实现地面上相距数千公里甚至覆盖全球的广域量子保密通信。
  另外,诞生百年的量子理论的奇妙之处在实验室里被不断重复检验,但却从未在太空尺度验证过。量子理论的各种奇异现象在太空中是否还存在?量子纠缠和隐形传输是否可以延伸到星地之间?这些都需要卫星去验证。
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  任务极其艰巨 要求精益求精
  目前,国际上还没有一个国家将量子科学实验送入空间,量子卫星的研制没有任何经验可循,过程充满了困难和挑战。
  科学家在量子卫星上搭载了自主研发的“四种武器”:量子密钥通信机、量子纠缠发射机、量子纠缠源和量子试验控制与处理机。
  同时,在地面建设了科学应用系统,包括1个中心——合肥量子科学实验中心;4个站——南山、德令哈、兴隆、丽江量子通信地面站;1个平台——阿里量子隐形传态实验平台。
  潘建伟介绍,实验大致分为三类:第一类是进行卫星和地面之间的量子密钥分发,实现天地之间的安全通信,如果4个地面站任何两两之间都可以实现安全的通讯,即可实现组网;第二类相当于把量子实验室搬到太空,在空间尺度检验量子理论;第三类是实现卫星和地面千公里量级的量子态隐形传输。
  天地量子科学实验非常复杂,对天地实验设备的要求也异乎寻常的高。潘建伟坦言,卫星研制过程中,最困难的环节就是有效载荷,“攻克了许多技术难题才拿下”。
  量子卫星对精准控制的要求也前所未有的高。量子卫星系统总师朱振才介绍,量子卫星飞行中,携带的两个激光器要分别瞄准两个相距上千公里的地面站,向左向右同时传输量子密钥,且卫星上的光轴和地面望远镜的光轴要始终精确对准,就好比卫星上的“针尖”对地面上的“麦芒”。
  科研团队进行了各种实验,考验超远距离“移动瞄靶”能力,最终突破了星地光路对准等关键技术,通过平台和载荷两级控制的方式,对准精度可以达到普通卫星的10倍。
  南国早报  2016-08-17

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