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中國(guó)量子通信研究新進(jìn)展:量子衛(wèi)星攜四大任務(wù)

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今年3月,全國(guó)政協(xié)委員,中科院院士潘建偉曾透露,中國(guó)量子保密通信京滬干線將在今年下半年全線開(kāi)通,中國(guó)研制的世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星也將在今年七月發(fā)射,從而形成一個(gè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)。
量子通信總是讓人感覺(jué)神秘,事實(shí)上其來(lái)頭的確非常高大上。在日前舉辦的光纖通信50年高峰論壇上,中科院上海分院副院長(zhǎng)王建宇表示,量子信息學(xué)建立在20世紀(jì)物理學(xué)支柱之一的量子力學(xué)基礎(chǔ)之上,量子通信則是量子信息學(xué)的兩大應(yīng)用之一。量子具有不可復(fù)制性,利用這一特性制作的密碼,從理論上講是一種最為安全的密碼,量子通信也成為絕對(duì)安全的通信方式。
量子通信的絕對(duì)保密特性,在軍事、金融、政務(wù)等領(lǐng)域擁有廣泛的用途,因此成為各主要發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)研究的重點(diǎn)。王建宇介紹,美國(guó)在保持國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力計(jì)劃中,將量子信息列為重點(diǎn)支持領(lǐng)域;歐洲量子信息處理與通信戰(zhàn)略報(bào)告提出,未來(lái)5到10年實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的量子通信、多節(jié)點(diǎn)量子通信網(wǎng)絡(luò)和基于衛(wèi)星的量子通信,并進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn);日本計(jì)劃在5-10年內(nèi)建成全國(guó)性的高速量子通信網(wǎng),并啟動(dòng)了長(zhǎng)期支持計(jì)劃。
量子通信只有30年的發(fā)展歷史,對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)并沒(méi)有很重的歷史包袱,因此在量子通信方面的研究,中國(guó)與國(guó)外諸強(qiáng)基本上從開(kāi)始就站在同一起跑線上。資料顯示,中國(guó)在2012年初建成世界上規(guī)模最大的46節(jié)點(diǎn)量子通信試驗(yàn)網(wǎng)——合肥量子通信政務(wù)網(wǎng),建成以來(lái)運(yùn)行良好;2012年,新華社和中國(guó)科大合作建設(shè)的金融信息量子通信驗(yàn)證網(wǎng)在北京開(kāi)通,在世界上首次實(shí)現(xiàn)利用量子通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)金融信息的安全傳輸;2014年,世界第一條量子信息保密干線——京滬干線量子通信工程開(kāi)工建設(shè)。
潘建偉曾指出,量子通信技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用將分三步走:一是通過(guò)光纖實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò);二是通過(guò)量子中繼器實(shí)現(xiàn)城際量子通信網(wǎng)絡(luò);三是通過(guò)衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)可覆蓋全球的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。
中國(guó)量子通信研究新進(jìn)展:量子衛(wèi)星攜四大任務(wù)即將發(fā)射
在本次論壇上,王建宇詳細(xì)闡述了采用衛(wèi)星進(jìn)行量子通信實(shí)驗(yàn)的意義。陸地量子通信基于光纖傳輸,但光纖存在固有的光子損耗、與環(huán)境的耦合會(huì)使糾纏品質(zhì)下降,因此光量子傳輸難以通過(guò)光纖向遠(yuǎn)距離拓展;近地面自由空間通道會(huì)受地面障礙物、地表曲率、氣象條件的影響,光量子傳輸難以在地面自由空間中向遠(yuǎn)距離拓展。
衛(wèi)星通信的優(yōu)勢(shì)在于,克服地表曲率、沒(méi)有障礙物的阻礙;大氣對(duì)某些波長(zhǎng)的光子吸收非常?。恢挥?-10公里的水平大氣等效厚度;大氣能保持光子極化糾纏品質(zhì);外太空無(wú)衰減和退相干。以上特質(zhì),使得衛(wèi)星通信成為遠(yuǎn)距離光量子傳輸?shù)谋赜芍贰?br /> 中科院先導(dǎo)項(xiàng)目量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,據(jù)王建宇介紹,從2011年就開(kāi)始進(jìn)行任務(wù)需求分析、整星方案設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān),并在當(dāng)年底立項(xiàng)。在2012-2016年,量子衛(wèi)星經(jīng)歷了整星初樣設(shè)計(jì)、各類試驗(yàn)和生產(chǎn)、總裝、與大系統(tǒng)對(duì)接試驗(yàn)、衛(wèi)星出廠測(cè)試等步驟,且都順利完成,并將在2016年7月?lián)駲C(jī)發(fā)射。
整個(gè)項(xiàng)目分為衛(wèi)星和地面兩大部分。在地面,項(xiàng)目已經(jīng)完成了一系列關(guān)鍵技術(shù)測(cè)試;在衛(wèi)星部分,發(fā)射后將攜四大任務(wù):星地高速量子密鑰分發(fā)的實(shí)驗(yàn);廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)任務(wù);星地雙向糾纏分發(fā)的實(shí)驗(yàn);空間尺度量子隱形傳態(tài)的實(shí)驗(yàn),目標(biāo)建立星地量子信道。
按照規(guī)劃,中國(guó)在2016年首顆量子衛(wèi)星發(fā)射后還將發(fā)射更多衛(wèi)星,到2020年實(shí)現(xiàn)亞洲與歐洲的洲際量子密鑰分發(fā), 屆時(shí)聯(lián)接亞洲與歐洲的洲際量子通信網(wǎng)也將建成。到2030年左右,中國(guó)將建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)量子通信技術(shù)的研究成果不必否認(rèn),隨著國(guó)家大力推動(dòng)量子技術(shù)的發(fā)展,將有機(jī)會(huì)成就一段技術(shù)傳奇。

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