量子通信:划时代的崭新技术

门里虫 收藏 24 10042
导读: [img]http://img6.itiexue.net/1233/12337014.jpg[/img] 量子通信示意图 进入21世纪,随着世界电子信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,以量子效应为基础的量子通信,将成为引领未来科技发展的重要领域。那么,什么是量子通信?其发展现状和趋势怎样?在国防和军事应用方面的前景如何?日前,本报通讯员专访了通信指挥学院通信发展战略研究所所长孟宝宏。 量子通信理论孕育通信技术革命 问:据我们了解,


量子通信:划时代的崭新技术

量子通信示意图


进入21世纪,随着世界电子信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,以量子效应为基础的量子通信,将成为引领未来科技发展的重要领域。那么,什么是量子通信?其发展现状和趋势怎样?在国防和军事应用方面的前景如何?日前,本报通讯员专访了通信指挥学院通信发展战略研究所所长孟宝宏。


量子通信理论孕育通信技术革命


问:据我们了解,量子通信是量子论与信息论相结合的产物。那么,什么是量子通信?


答:对于量子通信的概念,目前众说纷纭,从不同的角度有不同的表述。一般意义上讲,量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通信方式。所谓量子纠缠,是指微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管它们离多远,只要一个粒子状态发生变化,就能立即使另一个粒子状态发生相应变化。也就是说,两个处于纠缠状态的粒子无论相距多远,都能“感应”对方状态。从物理学上讲,量子通信是在物理极限下,利用量子效应实现的高性能通信方式;从信息学上理解,量子通信是利用量子力学的基本原理或者量子态隐形传输等量子系统特有属性以及量子测量方法,完成两地之间的信息传递。


问:与成熟的传统通信技术相比,量子通信主要有哪些特点?


答:综合各方面的研究成果,我认为,量子通信与成熟的传统通信技术相比,主要有以下特点:


一是量子通信是安全保密通信。据有关专家介绍,用光量子电话网,虽然跟平常打电话一样,却不用担心被窃听,相互之间通话绝对安全。这是因为,量子通信采用的是“一次一密”的加密方式,两人通话期间,密码机每分每秒都在产生密码,牢牢“锁”住语音信息;一旦通话结束,这串密码就会立即失效,下一次通话绝对不会重复使用,而且量子通信所提供的密钥无法被破解。


二是量子通信是超光速通信。与传统光速通信相比,量子超光速通信具有许多人们梦寐以求的优点:量子超光速通信的线路时延可以为零,从而实现了最快通信;量子信息传递的过程不会为任何障碍所阻隔;量子超光速通信完全环保,不存在任何电磁辐射污染。


三是量子通信是远距离通信。有科学实验证实,量子隐形传态过程中穿越大气层的可能性,为未来基于卫星量子中继的全球化量子通信网奠定了可靠基础。


量子通信发展将催生量子信息时代


问:据我们了解,量子通信技术发展十分迅猛。请问我们应如何看待这个问题?


答:量子通信技术发展确实已超乎人们想象。有专家预测,量子通信技术可能在20~30年后对人类社会发展产生难以估量的影响,量子通信理论研究和量子通信实践应用的不断突破,充分表明量子通信已成为21世纪通信与信息领域发展的方向和主流。可以说,量子通信将催生量子信息时代的来临。由于量子通信应用在信息时代具有巨大的优势,因而发展迅猛,并在理论研究和实践应用上取得了重大突破,引发了世界各国政府、科技界和信息产业界的高度重视。


问:我们知道,量子通信技术已成为当今世界发达国家激烈竞争的焦点和热点,请您给我们简单介绍一下发达国家的发展情况。


答:回首量子通信发展,仅仅走了不足20年,但量子通信发展正在推进信息科学发展的跨越。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上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。


2002年,美国制定的“十年发展规划”中明确提出,“到2012年发展一套可行的带有足够复杂度的量子计算技术”,美国全国科学基金会投资5000万美元对量子通信进行研究。目前,美国白宫和五角大楼安装了量子通信系统,并已投入使用。


日本邮政省把量子通信列入21世纪的战略项目,并于2000年将量子通信技术作为一项国家级高技术列入开发计划,10年内投资400多亿日元,主要研究光量子密码及光量子信息传输技术。


欧洲成立了包括英国、法国、德国、意大利、奥地利和西班牙等国在内的量子信息物理学研究网,这是继欧洲核子中心和航天技术国际合作之后,又一针对科技重大问题的大规模国际合作。


量子通信为国防和军事赢得先机


问:量子通信的先进性不言而喻。那么,它在国防和军事上应用前景如何?


答:我认为,量子通信在国防和军事应用前景广阔。1994年开始,美国国防高级研究计划局致力于用3-5年的时间推进量子通信技术方面的研究,美军实施了“以不加外力传输的方式向战场和全球传输报文能力”的量子通信计划。当前,世界范围内的量子通信研究具有广阔的应用发展前景,特别是在国防和军事领域,量子通信具有信息安全传输和超光速通信等优势,显示出了无与伦比的魅力。


一是能够应用于通信密钥生成与分发系统。量子技术最大特点是具有完全安全性的特征,是传统加密通信无法实现的。在现有的军事通信系统网络基础上,可以通过天基平台部署量子通信密钥生成与分发系统,向未来战场覆盖区域内任意两个用户分发量子密钥,从而构成作战区域内机动的安全军事通信网络。


二是能够应用于信息对抗。由于光量子密码具有“不可破”和“窃听可知性”,且光量子加密设备可与现在的光纤通信设备融合。因此,可以用来改进目前军用光网信息传输保密性,从而提高信息保护和信息对抗能力。


三是能够应用于深海安全通信。岸基与深海之间的通信一直是世界性难题。利用长波通信,不仅系统庞大、造价高、抗毁性差,而且仅能实现海水下百米左右的通信。由于量子通信光量子隐形传态与传播媒质无关,这就为远洋深海安全通信开辟了一条崭新的途径。


四是能够应用于构建超光速信息网络。军事信息网络需要大容量、高速率传输处理及按需共享能力。随着量子通信技术的研发突破和日趋成熟,可以利用量子隐形传态以及超大信道容量、超高通信速率和信息高效率等特点,建立满足军事特殊需求的超光速军事信息网络。



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