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量子通信技術應用離我們還遙遠嗎?

2016年8月16日凌晨1:40,由中國和奧地利共同研製的全球首顆量子科學實驗衛星「墨子」號在酒泉衛星發射中心成功發射。量子通信衛星的成功發射,將為人類進行「地—空」的量子通信打開一道大門。隨著物理學家對量子基礎理論的不斷深入研究,量子通信會讓尋常百姓的家庭觸手可及嗎?


為什麼此次發射的全球首顆量子通信衛星會有奧地利的科學家參研呢?別忘了,早在20世紀20年代,創立量子力學的大廈的兩位功勛薛定諤(薛定諤提出了量子力學的基本方程)和泡利(提出了泡利不相容原理)就是奧地利人。


量子衛星通信的理論基礎來自於量子力學中的「量子糾纏」,量子糾纏指的是初始時,如果有兩個粒子處於糾纏狀態(相互之間有影響),那麼不管這兩個粒子分隔開多遠,對其中一個粒子進行作用時,會立刻影響到另外一個粒子所處的狀態,而這種信息傳播的速度是無限快的,瞬時的。無疑,量子糾纏的這種鬼魅般的瞬時傳遞信息的速度是和愛因斯坦的狹義相對論相違背的,因而愛因斯坦於1935年和其合作者提出了EPR佯謬(主張定域實在論)。但在之後的60年代,貝爾從理論上又提出了「貝爾不等式」來驗證絕對論的定域的隱變數理論是否正確。很遺憾,在之後的實驗中均證明愛因斯坦在這上面的主張是錯的。


量子通信技術應用離我們還遙遠嗎?



如今,科學家只知道量子糾纏可用於量子通信,仍不清楚其中的物理機制。正如「墨子」量子通信衛星的首席科學家潘建偉院士在央視《開講啦》中說的那樣,「如果能弄明白為什麼會有量子糾纏,我立即死都願意。[1]」可見,科學家在一邊研究量子基礎理論的同時,也在「死板」的直接利用其量子特性進行量子通信。


事實上,我國不僅進行「地—空」的量子通信實驗,也在有條不紊的進行地—地的量子通信實驗。早在2008年,我國量子通信的領軍人物潘建偉就在合肥建成了世界上首個量子通話網。又於2011年在我國著名的旅遊風景區青海湖進行了百公里級別的量子隱形態的傳輸實驗。另外,據潘建偉院士透露,預計今年下半年,世界上的首條千公里級別的光纖量子通信「京滬幹線」將建成,將會連接北京、濟南合肥和上海,進而形成一個量子通信網路[2]。無疑,由於量子通信的無條件的絕對安全性,「京滬幹線」的量子通信網路將會對我國的國防和政務等行業有著極大的推進作用。

我們看到的只是量子通信應用於實驗研究或者軍事、政務和金融等行業,那麼,量子通信何時能夠應用於普通民眾呢?對此,潘建偉院士表示,希望能夠在未來的10~15年的努力,降低量子網路的構建成本,期待構建一個全國性甚至全球性的量子通信網路,然後將其應用於普通民眾。


參考文獻


1. 知識分子. 一個巨大的進步:國際著名科學家評中國首顆量子科學實驗衛星.


2. 環球科學.《環球科學》凌晨連線潘建偉:深度解讀量子通信衛星,中國在量子通信領域全面領先.

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