• 背景摘要
  • 量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,是近二十年发展起来的新型交叉学科,是新的研究领域。
量子通信技术:前世今生和未来
来源:中国信息产业网-人民邮电报(北京)     发布时间:2016-08-21

日前,由中国科学院院士、中国科学技术大学副校长潘建伟及其率领的团队在2013年开建的世界第一条量子通信保密干线—“京沪干线”,将于2016年前后建成,这使中国在量子通信领域,从十年前不起眼的国家发展成为现在的世界劲旅。量子通信从“不温不火”的境况中走到了大众眼前,据了解,量子通信被国际公认为是最安全的通信方式,一旦应用,无论对国防、金融,还是我们每个人使用的手机、网络等,都将带来颠覆性的变革。

前世:量子纠缠

有研究报告指出,量子通信在军事、国防、金融等信息安全领域有着巨大的应用价值和前景,未来国内量子通信市场规模有望达到千亿元级别。听起来厉害不止一点点,那么量子通信到底是什么?

所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式,是近20年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信具有高效率和绝对安全等特点,是目前国际量子物理和信息科学的研究热点。

而追溯量子通信的起源,恐怕要从爱因斯坦的“幽灵”—量子纠缠的实证说起。量子纠缠证实了爱因斯坦的“幽灵”—超距作用的存在,它证实了任何两种物质之间,不管距离多远,都有可能相互影响,不受四维时空的约束,是非局域的,宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。在量子纠缠理论的基础上,1993年,美国科学家贝内特提出了量子通信的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式,它是利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信的过程。量子通信概念的提出,使爱因斯坦的“幽灵” —量子纠缠效应开始真正发挥其巨大的威力。

1993年,在贝内特提出量子通信概念以后,6位来自不同国家的科学家,基于量子纠缠理论,提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案,量子隐形传送不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义,而且可以用量子态作为信息载体,通过量子态的传送完成大容量信息的传输,实现原则上不可破译的量子保密通信。1997年,在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作,首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验室成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。经过多年的发展,量子通信这门学科已逐步从理论走向实验,并向实用化发展,主要涉及的领域包括:量子密码通信、量子远程传送和量子密集编码等。

今生:中国达到世界级水平

量子通信具有传统通信方式所不具备的绝对安全特性,不但在国家安全、金融等信息安全领域有着巨大的应用价值和前景,而且逐渐走进人们的日常生活。我国从上世纪80年代开始从事量子光学领域的研究,与国外的研究几乎在同一起跑线上。近几年来,中国在量子通信方面的成绩日益突出,潘建伟教授及其团队在国内量子通信研究领域所作出的贡献是不得不提的。

2008年年底,潘建伟的科研团队成功研制了基于诱骗态的光纤量子通信原型系统,在合肥成功组建了世界上首个3节点链状光量子电话网;2009年9月,潘建伟的科研团队正是在3节点链状光量子电话网的基础上,建成了世界上首个全通型量子通信网络,首次实现了实时语音量子保密通信;2010年7月启动合肥城域量子通信试验示范网建设;2012年年初建成世界上规模最大的46节点量子通信试验网;2013年开建的世界第一条量子通信保密干线—“京沪干线”,将于2016年前后建成;而去年召开的“2014量子通信、测量和计算国际学术大会”上则透露,中科院“量子科学实验卫星”工程目前进展顺利,计划在2016年左右发射,中国将在第一颗卫星工程顺利实施后,进一步开展研究,到2030年建成全球化的量子通信卫星网络。

未来:将与现有通信深度融合

量子通信已经离我们很近了,实际的量子通信中,量子通信与现有通信的融合是一个相互取长补短的过程,量子通信不会完全替代现有的通信技术,而是在现有的技术上,在物理层、网络层、应用层将两者进行融合。

目前的量子通信技术开发,各个主要国家都投入重金进行研究,而对于中国来说,量子通信技术的研究成果更是先行一步。如今量子通信技术的研究已经从科研阶段进入试点阶段,未来随着量子通信技术的大力发展,将向规模商用阶段迈进,量子通信的绝对保密性也决定了其在军事、国防、金融等领域有着广阔的应用前景。随着技术越来越成熟,在未来的大众商业市场中,量子通信将具有极大的潜力,值得我们拭目以待。

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