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摘要: 中国科技大学近日发布的一则新闻称,在2017年8月30日下午,我国量子通信保密“京沪干线”技术验证在中科大正

我国量子通信取得重大突破,军事应用前景非常广泛

中国科技大学近日发布的一则新闻称,在2017年8月30日下午,我国量子通信保密“京沪干线”技术验证在中科大正式通过验收。这意味着我国正式建立了一条由北京直达上海,传递距离上千公里的量子通信线路,对我国来说意义极为重大。

新闻指出该工作取得的几个重要成果,即:高速量子密钥分发,高速高效率单光子探测,可信中继传输和大规模量子网络,全线路密钥传输速率达到20kbps,且和我国第一颗量子通信卫星“墨子”号地面站的链接,全线路密钥传输率达5kbps。

所谓量子通信就是利用量子纠缠效应实施信息传输的一种通信方法,量子是德国物理科学家普朗克提出的一种衡量最小能量的方法,也就是说能量是一份一份的,而不是连续不断的。进一步的说,世界上任何事情都是一份一份,存在最小单位,而不是无限可分的,量子效应体现的最好的就是光,光具有波粒二象性,最小的光粒子称为光子,具有典型的量子特性,也具有量子纠缠效应。

所谓的量子纠缠效应就是放置于两个不同位置的光子A和B,二者一旦处于纠缠态,无论相隔多远,在A的状态变化后,B的状态也会立刻发生变化,这种变化速度耗时为0(没有几乎),听起来像玄学,但却是量子力学里的正常现象。科学家利用这种奇怪的现象设想了一种通信系统,在通信发送器放置一个光子A,在通信接收器上放置A的纠缠态光子B,通信发送器对光子A进行编码,使其处于某个量子态,由于每个量子态可以表示一位0和1,一个光子有7个量子态,即可表示128个状态,通信效率非常高。

此时,因为B和A处于纠缠状态,B也立刻被以同样的形式编码。理论上来说,通信接收器那里已经得到了完全的要传递的信息,但接收器必须将这种信息解读出来,这时候就需要通信发送器一方将具有未知量子态的粒子和A光子进行联合测量,由于量子测量坍塌效应,A光子的状态立刻会被改变。此时B光子的状态也会发生改变,A和B的坍塌改变是对称的,只需要将联合测量的结果通过传统信道发送给通信接收器,接收方进行一次逆变换,即可得到B光子之前状态所接收到的信息,将通信信息解码出来。

量子通信的好处在于两点:第一是通信几乎完全不耗时,只是传输联合测量状态时才耗一点时间,但这个结果的数据量非常小,可以以光速传递。第二是通信绝对保密,由于任何试图窃听、观察都会引起光子量子态坍塌,因此不可能被窃听。此外由于A光子和B光子分别掌握在我方手中,由联合测量导致的两个光子状态完全是随机的,因此联合测量生成的密码也是随机的,根本无法被数学方法破解。

这种通信方式确立之后,在军事上的用途非常广泛,例如以光纤为基础的国家联合作战通信基础网一旦被窃听或者木马入侵,即可造成严重的失泄密、破坏性后果,甚至造成整个作战体系瘫痪,而一旦量子通信得到运用。在没有正确身份权限的情况下,即使美国(或者外星人)也不可能入侵得了中国的军事网络。

而在军事数据链上的使用则更广,飞机和飞机、飞机和导弹、飞机和指挥所之间互联互通的空中通信链、话音是敌人窃听、窃密的重点,美国F-117A就是因为被俄罗斯全程窃听到作战计划才被伏击最终悲剧,在采用量子通信技术后,没有任何人能够提前知道中国军队即将做什么,而没有该技术国家的军队则可以被大肆窃密,谁赢谁输当然一目了然。

当然,在新闻中我们也观察到,本次建立的通信量子只是通信密钥分发线路,而不是真正的全量子通信。也就是基于传统通信线路传输主信息,但密码分发是量子通信线路,这是因为,世界最先进的技术才实现了10光子量子态纠缠,是中国科技技术大学潘建伟教授取得的,靠这点光子传输大量视频、语音信息不现实,但传递密码则非常足够,但仅传递密码已经非常了不起了,因为这种密码除了中国用户谁也拿不到,也实现了绝对保密。

最后要说的是,有人认为这种通信方式扛干扰能力差,因为任何干扰都会让光子状态变化。但要记住,这种干扰只是一次性的,就是在将纠缠态光子分发给通信接受器的过程可能会被干扰,但该过程通信系统建立之前就已完成,即使临时搭建传递,也以光速传播,这么短的时间谁更干扰的了?而在真正的通信过程中,对手根本无法干扰。

全文完,谢谢阅读。