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潘修伟:量子通信面临两大挑衅

时间:2019-09-11 09:21:25 根源:科技日报 评论:0 点击:0

  人类真的可以完成平安的新闻传送吗?这终究是抱负,照旧实行?

  9月10日的北京雁栖湖,虽然天空淅淅沥沥地下着雨,但仍有不少学者和学生赶来到场中国科学院与德国国立科学院(Leopoldina)联合举办的第一届双边研讨会。会上,中国科学院院士、中国科学技能大学常务副校长潘修伟作了题为“抱负照旧实行?量子通信的过去、现与未来”的报告。

  对新闻的平安传输是数千年来人类不停寻求的抱负。表面上,通通依赖于盘算繁杂度的经典加密方法原理上都可以被破解,于是历史开展中,经典密码学的每一次进步都被破解技能的进步所击败。那么人类能否发明一种密码东西来确保新闻传输的平安性?精细而言,该怎样相距遥远的两地完成平安的密钥分派呢?

  1968年,以色列科学家斯蒂芬·威吮ド提出可以用量子体系来完毕经典方法所不行够处理的新闻处理义务,这启示了人们发明量子通信和量子密码学。1984年,美国IBM公司的查尔斯·贝内特和加拿大蒙特利尔大学的吉列·巴萨德配合提出了第一个也是最为出名的量子密钥分发条约BB84条约。量子密钥分发应用单光子的不可支解性、未知量子态的不可复制性等微观粒子特有的实质,从原理上包管了密钥的不可窃听,从而确保了新闻传送的平安。

  潘修伟报告中指出,人类完成远间隔平安量子通信的征途上有两大挑衅,区分是实行条件下的平安性题目和远间隔传输题目。

  量子密钥分发因其具有表面上的无条件平安性而备受体恤,可是实行体系中,量子密钥分发体系会因为配备的非完美性而保管平安性漏洞。因为量子密钥分发进程中,线道的平安性是可以厉厉保证的,于是可以的平安性漏洞就汇合发射端和接纳端。诈骗态方案和“测量器件无关”方案区剖析决了上述两头的平安性漏洞。这两个方案均率先被潘修伟团队完成。

  潘修伟先容道,联合“测量器件无关”方案与自助可控的光源,量子密钥分发就可以抵达“新闻论可证”的平安性。于是,目前实行条件下量子密钥分发的平安性曾经很好地修立起来了。

  迄今为止,地面实行中,量子密钥分发的点对点间隔可抵达500千米量级,而量子隐形传态可抵达100千米。那么,怎样此根底上继续添加量子通信的间隔呢?

  一个阶段性的办理方案是可托中继传输,我国修设的光纤总长超越2000千米的“京沪干线”便采用了这一方案。可托中继方案中,需求人工保证中继站点的平安,而中继之间的线道则是平安的。这比古板通信手腕中整条线道处处都面临着新闻走漏的损害而言,大幅进步了平安性。

  更为久远的方案是运用量子中继器。量子中继包罗量子胶葛纯化、量子胶葛交换和量子存储等手腕,可以遥远地方间分发量子胶葛,从而完成远间隔的量子通信。潘修伟团队量子中继的中心要害取得了一系列主要效果,目前已可支撑通过量子中继完成500千米的量子通信。可是量子中继器的实行运用可以还需求等候10年之久。

  目前更为有用的方法是基于卫星的量子通信技能。这种手腕不受地球外面妨碍物的影响,外太空也确实没有衰减。我国于2016年研制胜利并发射国际上首颗量子科学实行卫星“墨子号”,国际上率先完成星地量子通信实行,充沛验证了这一技能的可行性。

  报告中,潘修伟展望量子通信的未来,描画了一幅令人联念的图景:通过量子卫星与地面光纤收集,并与经典通信收集相交融,未来将可变成掩盖举世的广域量子通信收集,厉密晋升新闻平安程度。而应用广域的量子通信收集,人类可以开展出空间区分率极高的千里镜技能;也可以构修高精度的光频率转达收集,精度比较现的微波时频收集可以进步4个数目级。而“墨子号”量子卫星开展的空间量子科学实行技能,也为物理学基本原理研讨供应了全新的平台。比如,近来潘修伟团队应用“墨子号”量子卫星对Event Formalism量子引力模子举行了查验,首次对量子力学和引力的交融举行了实行探究。应用高轨空间极低的引力和磁场噪声,未来另期望完成精度高达10-21的光钟,将会增进对引力波信号,特别是低频信号的探测,可以揭示更为丰厚的天文现象。

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