原標題:關注|中國的這招“絕殺”,,將深刻影響十三億人的未來
2018年3月3日,,北京人民大會堂北大廳,,全國政協(xié)十三屆一次會議首次開啟“委員通道”,。當天下午中外記者云集,在通道前,,面對記者的“長槍短炮”,,有“量子之父”之稱的全國政協(xié)委員、中科院院士潘建偉的話擲地有聲:“在量子保密通信方面,,我國處于全面領先地位,。”
時間回到兩年前,,2016年8月16日凌晨,,中國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運載火箭成功發(fā)射世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”。
量子通信原理上可以提供一種不能破解,、不能竊聽的安全信息傳輸方式,量子信息技術甚至被比作和平年代的“核武器”,。未來以量子信息技術為代表的量子革命將對人類社會產(chǎn)生巨大影響,。
潘建偉院士與他的“天地一體化廣域量子通信技術研究團隊”經(jīng)過長達10余年的協(xié)同攻關,在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地量子通信,,圓滿實現(xiàn)全部既定科學目標,;取得了天地一體化廣域量子通信技術的重大突破。
“通過未來五到十年的努力,,我們希望能夠構建一個天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡,,來保護千家萬戶的信息安全?!迸私▊フf,。
2016年8月16日凌晨,酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心,,中國長征二號丁火箭第29次成功發(fā)射,。與以往的28次發(fā)射并無不同,成功將它運載的人造衛(wèi)星送入了預定軌道,??墒沁@次發(fā)射卻又有所不同,具有特別重要的意義,,因為這次發(fā)射升空的,,是世界上首顆量子科學實驗衛(wèi)星。
中國的這一“石破天驚”的舉動,,立即引起世界各國的關注,。
量子通信技術被比作和平年代的“核武器”,原理上可以提供一種不能破解,、不能竊聽的安全信息傳輸方式,,可以從根本上解決國防,、金融、政務,、商業(yè)等領域的信息安全傳輸問題,。
正如中國科學院院長白春禮所言,“墨子號”成功發(fā)射開啟了全球化量子通信,、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門,,為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點,成為國際同行的標桿,,實現(xiàn)了“領跑者”的轉(zhuǎn)變,。
“墨子號”命名的故事
兩年前,中國成功發(fā)射世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”,。那么這顆量子科學實驗衛(wèi)星為什么命名為“墨子號”,?我國量子科學實驗衛(wèi)星首席科學家、中國科學院院士潘建偉在接受媒體采訪時透露,,“衛(wèi)星之名取自于我國科學家先賢,,體現(xiàn)了我們的文化自信?!?/p>
我國古代哲學家,、墨家學派創(chuàng)始人墨子也是一位鮮為人知的偉大科學家。墨子是最早研究光的,,大約兩千多年前,,墨子和他的學生做了世界上第一個小孔成倒像的實驗,并解釋了小孔成倒像的原因,,指出了光的直線傳播的性質(zhì),,這是對光直線傳播的第一次科學解釋。
▲“量子科學實驗衛(wèi)星”工作示意圖
《墨經(jīng)》中這樣紀錄了小孔成像:“景到,,在午有端,,與景長,說在端,?!薄熬啊9庵?,煦若射,,下者之人也高;高者之人也下,。足蔽下光,,故成景于上;首蔽上光,故成景于下,。在遠近有端,,與于光,故景庫內(nèi)也,?!?/p>
《墨經(jīng)》里記載世界上第一個“小孔成像”實驗,解釋了小孔成倒像的原因,,而這正是現(xiàn)代照相技術原理的起源,。
命名“墨子號”正是對這顆“世界首發(fā)”衛(wèi)星的最好定義?!澳邮悄壳皳?jù)文獻記載第一個通過科學實驗驗證光線沿直線傳播的科學家,。從某種意義上,他也是第一個提出牛頓第一定律的人,?!迸私▊フf。
遭遇前所未有的技術難題
潘建偉領導的中國量子通信團隊取得了舉世矚目的重要成果,,在這當中他們遭遇了怎樣的技術難題,?
潘建偉曾介紹,在量子通信技術的研發(fā)過程中,,首先要面對的是制備單個光量子的技術難題。他舉了一個非常形象的例子來解釋這一關鍵技術的難度:一個普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數(shù)可達百億億個,,想要實現(xiàn)單個光量子的制備就如同在這百億億個光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個,,技術難度可想而知。
▲潘建偉院士演示實用化量子通信產(chǎn)品進行遠距離保密通話,。新華社發(fā)
另一個難題是單光子的探測。單個光子已經(jīng)是光能量的最小單元,,能量是非常微弱的,,需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測技術。具備了單個光量子的制備和探測能力后,,才能夠?qū)崿F(xiàn)安全的量子通信,。這僅僅指的是地面上的量子通信,而要實現(xiàn)量子衛(wèi)星與地面的星地通信難度更可想而知,。
▲工作人員調(diào)試超冷原子光晶格平臺的激光伺服系統(tǒng)。 新華社發(fā)
研究團隊成員王建宇教授細數(shù)了“墨子號”衛(wèi)星的種種難關:“舉個例子,,要從1000公里的高度把一個個光子發(fā)射到地面站,,這就好比在萬米高空高速飛行的飛機上,同時向地面兩個旋轉(zhuǎn)的投幣口細長的儲蓄罐扔進一個個硬幣。儲蓄罐的投幣口是細長的,,相當于光的偏振,,它是有方向的,硬幣要把方向?qū)貌拍苋舆M去,,而且不是扔一個,,要兩邊同時都扔準才行?!?/p>
王建宇說,,他們做過一個計算,一根火柴劃一下大概有1017個光子,,而衛(wèi)星地面站的探測能力,,相當于在地球上的人不用任何儀器,要發(fā)現(xiàn)在月亮上有人劃了一根火柴,?!按送猓€要在每秒一億個光子里面,,搞明白我們探測到的是第幾個光子,,這些光子都是排好隊的,抓一個就要知道它是第幾個,,這樣才能用來做密鑰,。而這對于量子通信的諸多難題而言,只是非常簡單的一個小細節(jié),?!蓖踅ㄓ钫f。
搶占量子科技創(chuàng)新制高點
“量子通信”是利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術,,可在確保信息安全,、增大信息傳輸容量等方面突破經(jīng)典信息技術的極限。量子通信有兩種最典型的應用,,一種是量子密鑰分發(fā),,另一種是量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術內(nèi)在的安全隱患,,是迄今為止唯一被嚴格證明原理上無條件安全的通信方式,,可以從根本上解決國防、金融,、政務,、商業(yè)等領域的信息安全傳輸問題。
▲資料圖片:2017年6月15日,,在烏魯木齊南山觀測站,,“墨子號”量子科學實驗衛(wèi)星過境,科研人員在做實驗(合成照片),。新華社記者 金立旺 攝
這聽上去“玄而又玄”的“黑科技”正影響改變著我們的現(xiàn)在和未來——我國科學家自主研制的量子通信裝備,,已經(jīng)為60周年國慶閱兵、黨的“十八大”“十九大”,、紀念抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵等國家重要政治活動提供了信息安全保障,。中國銀監(jiān)會銀行業(yè)監(jiān)管信息報送、中國人民銀行人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng),、中國工商銀行網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)異地災備系統(tǒng),、阿里巴巴商業(yè)數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)鹊龋玫亩际橇孔颖C芡ㄐ偶夹g,。
▲資料圖片:地星量子隱形傳態(tài)實驗,,2017年4月拍攝于西藏阿里,。(中科院供圖)
2018年1月21日,“2017科技盛典”頒獎典禮在央視演播大廳隆重舉行,。潘建偉領銜的“天地一體化廣域量子通信技術研究團隊”入選年度科技創(chuàng)新團隊,。中國科學院院長白春禮為該團隊頒獎。
經(jīng)過長達10余年的協(xié)同攻關,,該研究團隊取得了天地一體化廣域量子通信技術的重大突破,。他們自主研制了世界上首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”,在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地量子通信,,圓滿實現(xiàn)全部既定科學目標;國家量子保密通信“京滬干線”通過總技術驗收,,使得我國的量子通信研究水平全面處于國際領先地位,。結合“京滬干線”與“墨子號”的天地鏈路,中國和奧地利之間在國際上首次成功實現(xiàn)了距離達7600公里的洲際量子密鑰分發(fā),,標志著天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡雛形已經(jīng)形成,。
正如白春禮所言,“墨子號”開啟了全球化量子通信,、空間量子物理學和量子引力實驗檢驗的大門,,為中國在國際上搶占了量子科技創(chuàng)新制高點,成為國際同行的標桿,,實現(xiàn)了“領跑者”的轉(zhuǎn)變,。
未來已來,重任在肩
面對這一深刻影響未來的科技競爭,傳統(tǒng)科技強國都在積極整合各方面的研究力量和資源,,力爭在量子信息技術大規(guī)模應用方面占據(jù)先機,。
歐盟委員會發(fā)布《量子宣言(草案)》,呼吁歐盟成員國和歐盟委員會發(fā)起資助達10億歐元的量子技術旗艦計劃,,確保歐洲的量子產(chǎn)業(yè)在全球產(chǎn)業(yè)藍圖中的領導地位,。美國國家科學技術委員會發(fā)布《先進量子信息科學:國家挑戰(zhàn)及機遇》報告。美國政府每年斥資2億美元資助量子信息科學領域的基礎和應用研究,。
為此,,我國也進一步發(fā)力,“十三五”規(guī)劃中也將量子通信作為重大科技項目進行重點支持,。國家發(fā)改委正式啟動國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡建設項目,,計劃通過10年左右的努力,建成面向“一帶一路”,、服務國家戰(zhàn)略需求,、規(guī)模最大、技術最先進的總里程約3.5萬公里的量子保密通信互聯(lián)網(wǎng),。
同時,,面向構建覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡遠期目標,我國正計劃建設業(yè)務化運行的量子密碼衛(wèi)星網(wǎng)絡,,將發(fā)射多顆低軌量子通信衛(wèi)星組成量子星座,,提供覆蓋全球的量子密碼分發(fā)服務,量子保密通信服務將從二維平面擴展到三維空間,,星地量子密鑰分發(fā)的實用化和規(guī)?;瘧谜铀俚絹怼?/p>
“在量子保密通信方面,,我國處于全面領先地位,。”今年兩會首次開啟“委員通道”,,全國政協(xié)委員潘建偉在“委員通道”接受中外媒體采訪時表示:“通過未來五到十年的努力,,我們希望能夠構建一個天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡,來保護千家萬戶的信息安全,?!?/p>
來源:科技日報
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