我國量子通信取得重大突破,軍事應用前景非常

中國科技大學近日發布的一則新聞稱,在2017年8月30日下午,我國量子通信保密“京滬干線”技術驗證在中科大正式通過驗收。這意味著我國正式建立了一條由北京直達上海,傳遞距離上千公里的量子通信線路,對我國來說意義極為重大。

新聞指出該工作取得的幾個重要成果,即:高速量子密鑰分發,高速高效率單光子探測,可信中繼傳輸和大規模量子網絡,全線路密鑰傳輸速率達到20kbps,且和我國第一顆量子通信衛星“墨子”號地面站的鏈接,全線路密鑰傳輸率達5kbps。

所謂量子通信就是利用量子糾纏效應實施信息傳輸的一種通信方法,量子是德國物理科學家普朗克提出的一種衡量最小能量的方法,也就是說能量是一份一份的,而不是連續不斷的。進一步的說,世界上任何事情都是一份一份,存在最小單位,而不是無限可分的,量子效應體現的最好的就是光,光具有波粒二象性,最小的光粒子稱為光子,具有典型的量子特性,也具有量子糾纏效應。

所謂的量子糾纏效應就是放置于兩個不同位置的光子A和B,二者一旦處于糾纏態,無論相隔多遠,在A的狀態變化后,B的狀態也會立刻發生變化,這種變化速度耗時為0(沒有幾乎),聽起來像玄學,但卻是量子力學里的正?,F象??茖W家利用這種奇怪的現象設想了一種通信系統,在通信發送器放置一個光子A,在通信接收器上放置A的糾纏態光子B,通信發送器對光子A進行編碼,使其處于某個量子態,由于每個量子態可以表示一位0和1,一個光子有7個量子態,即可表示128個狀態,通信效率非常高。

此時,因為B和A處于糾纏狀態,B也立刻被以同樣的形式編碼。理論上來說,通信接收器那里已經得到了完全的要傳遞的信息,但接收器必須將這種信息解讀出來,這時候就需要通信發送器一方將具有未知量子態的粒子和A光子進行聯合測量,由于量子測量坍塌效應,A光子的狀態立刻會被改變。此時B光子的狀態也會發生改變,A和B的坍塌改變是對稱的,只需要將聯合測量的結果通過傳統信道發送給通信接收器,接收方進行一次逆變換,即可得到B光子之前狀態所接收到的信息,將通信信息解碼出來。

量子通信的好處在于兩點:第一是通信幾乎完全不耗時,只是傳輸聯合測量狀態時才耗一點時間,但這個結果的數據量非常小,可以以光速傳遞。第二是通信絕對保密,由于任何試圖竊聽、觀察都會引起光子量子態坍塌,因此不可能被竊聽。此外由于A光子和B光子分別掌握在我方手中,由聯合測量導致的兩個光子狀態完全是隨機的,因此聯合測量生成的密碼也是隨機的,根本無法被數學方法破解。

這種通信方式確立之后,在軍事上的用途非常廣泛,例如以光纖為基礎的國家聯合作戰通信基礎網一旦被竊聽或者木馬入侵,即可造成嚴重的失泄密、破壞性后果,甚至造成整個作戰體系癱瘓,而一旦量子通信得到運用。在沒有正確身份權限的情況下,即使美國(或者外星人)也不可能入侵得了中國的軍事網絡。

而在軍事數據鏈上的使用則更廣,飛機和飛機、飛機和導彈、飛機和指揮所之間互聯互通的空中通信鏈、話音是敵人竊聽、竊密的重點,美國F-117A就是因為被俄羅斯全程竊聽到作戰計劃才被伏擊最終悲劇,在采用量子通信技術后,沒有任何人能夠提前知道中國軍隊即將做什么,而沒有該技術國家的軍隊則可以被大肆竊密,誰贏誰輸當然一目了然。

當然,在新聞中我們也觀察到,本次建立的通信量子只是通信密鑰分發線路,而不是真正的全量子通信。也就是基于傳統通信線路傳輸主信息,但密碼分發是量子通信線路,這是因為,世界最先進的技術才實現了10光子量子態糾纏,是中國科技技術大學潘建偉教授取得的,靠這點光子傳輸大量視頻、語音信息不現實,但傳遞密碼則非常足夠,但僅傳遞密碼已經非常了不起了,因為這種密碼除了中國用戶誰也拿不到,也實現了絕對保密。

最后要說的是,有人認為這種通信方式扛干擾能力差,因為任何干擾都會讓光子狀態變化。但要記住,這種干擾只是一次性的,就是在將糾纏態光子分發給通信接受器的過程可能會被干擾,但該過程通信系統建立之前就已完成,即使臨時搭建傳遞,也以光速傳播,這么短的時間誰更干擾的了?而在真正的通信過程中,對手根本無法干擾。

全文完,謝謝閱讀。

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