[文汇报]量子卫星2016年前后升空

2014-12-30 09:28:17来源:科大-历史文化网

  量子通信的实验场,将从地球上移师到太空中。记者近日从上海院士中心举办的量子信息、量子计算和量子测量学科发展战略院士论坛上获悉,由中国科学家自主研发的世界首颗“量子科学实验卫星(简称量子卫星)”现已完成关键部件的研制与交付,将于2016年前后发射,这或将使中国先于欧美拥有量子通信覆盖全球的能力。

  一场从地面到太空的接力

  量子卫星工程常务副总师兼卫星总指挥、中科院上海技术物理所王建宇研究员告诉记者,作为中科院先导计划中空间计划的一部分,量子卫星需要在两年的设计寿命中完成三大任务:卫星和地面绝对安全量子密钥分发、验证空间贝尔不等式和实现地面与卫星之间隐形传态。

  这些实验将通过我国自主研发的星地量子通信设备完成,它能够产生光子并“发射光子”,与之对接的地面系统则负责“接收光子”,这种“发球、接球”需要超高精度地瞄准、捕获和跟踪。

  为了让穿越大气层后光子的“针尖”仍能对上接收站的“麦芒”,王建宇团队从2012年起就做了各种实验——如收发距离40公里的转台实验,与卫星绕地运行的角速度一致;又如30公里距离的车载高速运动实验,考验超远距离“移动瞄靶”能力;再如热气球浮空平台,在空地环境下模拟了量子密钥分发。另外,科研人员还在青海湖实现了97公里超远距离自由空间量子密钥分发实验。

  只有两年的时间,王建宇深感任务紧迫。“目前量子星地通信实验只有晴朗的夜晚能做,空间覆盖能力和范围都比较有限。”

  破解棱镜门信息安全困境

  还记得棱镜门吗?电子通信时代,人们的安全感就像窗户纸一样脆弱。中科院院士、中国量子科学研究的领军人物潘建伟表示,随着计算能力的提升和数学的进步,基于计算复杂度的经典加密体系终将崩塌。公钥加密算法RSA512在1999年就被破解了,科学家估计目前主流的RSA1024将在2019年被攻克,尽管科学家们试图寻找更加复杂的算法,但“抗解密”效果都不理想。  在现代科学认知中,几乎任何已知事物都是可测的,但量子是个例外。在多粒子量子系统中,存在一种奇特的关联,即一对具有量子纠缠态的粒子,即使隔着一个太阳系,当其中一个状态改变时,另一个状态也会即刻发生相应改变。爱因斯坦等科学家最早发现了这一现象,因此这种量子间的纠缠现象也被戏称为“爱因斯坦的幽灵”。

  在通信中,对方的语音,通过电话等有线无线终端,远距离传送到你的耳朵里。如果他人要窃听你们的对话,必须完成对话的复制过程,但如果要复制的信息由量子组成,恐怕在复制这一刻,内容早已“改头换面”了。“从理论上来说,量子通信是绝对安全的。”潘建伟说。

  “量子时代”需要协同合作

  自1993年IBM公司提出量子通信理论以来,各主要发达国家都将量子通信研发和应用列为优先级战略:IBM公布在未来的5年内投资30亿美元,用于未来芯片的发展研究,其中主要内容就包括超导量子芯片;欧洲的地平线2020计划宣布每年用1000万欧元做量子信息的协同研究;美国宇航局正计划在总部与喷气推进实验室之间,建一条600公里左右的量子光纤通信干线……而在这些研究室中,已经走出了7位诺贝尔奖得主。

  潘建伟注意到,国外研究团队越来越多地出现了自发合作的现象,比如欧盟好几个国家的几十个小组联合在一起开展基于量子密码、安全通信工程方面的研究。

  目前量子通信急需解决的问题,不是基础理论研究,而是元器件。潘建伟说:“量子研究发展到现在,单靠一个团队单打独斗的时代已经过去了。”比如量子卫星的难点就在于工程技术,因为进入量子尺度后,许多符合宏观物理学原理的经典器件都遇到了麻烦,例如单光子是不受衰减规律影响的,但光束在与电子交换时就存在着衰减现象,经典器件原理和量子力学原理如何吻合,是一个需要研究的大课题。

  潘建伟认为,要保持我国在量子通信上的“世界劲旅”地位,需要前期研究和应用研究有机集合,国家要做好顶层设计,将国内各个优秀的研究团队联合在一起,进一步落实面向未来信息技术的量子工程。

  来源:《文汇报》  2014-12-25 07版)