据报导,我国将于近日择机发射首颗量子科学实验卫星。若果卫星成功运行,我国将成为世界上第一个实现卫星和地面之间量子通讯的国家。量子通讯到底有何“特异功能”?
理论上绝对安全
随着信息时代的迅猛发展量子通讯的原理,以微电子技术为基础的信息技术正式达到数学极限。而以量子效应为基础的量子通讯,被觉得具有高效率和理论上绝对安全等特征,有望开启一次新的技术革命。

在微观领域中,个别数学量的变化是以最小的基本单位跳跃式进行的。这个最小的基本单位也称为量子,包括原子、电子、光子等。对量子通讯来说,最重要的两个理论基础是不确定性原理和不可克隆原理。后者觉得,一个量子的个别数学量(如位置和动量、时间和能量等),不可能同时具有确定的数值;其中一个量越确定量子通讯的原理,另一个量的不确定程度就越大。前者表明,量子是不可复制的。举例来说,假如一枚旋转着的硬币是量子世界中一个物体,一旦你要复制它,势必要对它进行检测,而这些外来的行为都会改变硬币的运动状态。
当前普遍使用的、以物理为基础的密码体制,一直存在着被破译的风险。假如量子通讯过程中存在监听或则信息复制等检测行为,因为量子密码具有不确定性、不可克隆性,因此监听者是永远没法获取全部信息的。
突破光纤距离限制
因为月球曲率的影响和光纤耗损的降低,在地面间施行远距离量子通讯尚面临困难。非常是,光纤中的光子衰减问题,致使“两点之宽度离”最多只有100公里。而光子在自由空间中的传输,可以大大突破这些传输距离限制,因而卫星与地面之间的量子通讯成为一种更好的选择。
要实现星地量子通讯,首先要通过一个捕获、跟踪、瞄准系统,构建起量子秘钥分配所需的通讯信道。秘钥分配的通讯链路完善以后,按照相应的量子秘钥分配合同,便可在通讯两端形成绝对安全、无法监听的共享秘钥。通过卫星这个载体,不但才能实现星地间量子通讯,并且能够实现全球任意点对点的量子通讯。
为应对挑战,中国科技学院和中科院武汉技术化学研究所等联合进行了科技攻关,并取得多项重要进展。诸如,提出完整的星地量子通讯系统方案,并在西藏河畔顺利完成世界首次浮空平台量子秘钥分发试验等。这次正式发射的量子科学实验卫星,就能实现从上海到山西的量子通讯。在此平台上,科学家们还将完成空间大尺度量子科学实验。记者黄海华
