量子通信是利用量子疊加態(tài)和糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的新型通信方式，基于量子力學(xué)中的不確定性、測量坍縮和不可克隆三大原理提供了無法被竊聽和計(jì)算破解的絕對安全性保證，主要分為量子隱形傳態(tài)和量子密鑰分發(fā)兩種。 量子隱形傳態(tài)基于量子糾纏對分發(fā)與貝爾態(tài)聯(lián)合測量，實(shí)現(xiàn)量子態(tài)的信息傳輸，其中量子態(tài)信息的測量和確定仍需要現(xiàn)有通信技術(shù)的輔助。量子隱形傳態(tài)中的糾纏對制備、分發(fā)和測量等關(guān)鍵技術(shù)有待突破，處于理論研究和實(shí)驗(yàn)探索階段，距離實(shí)用化尚有較大差距。
量子密鑰分發(fā)，也稱量子密碼，借助量子疊加態(tài)的傳輸測量實(shí)現(xiàn)通信雙方安全的量子密鑰共享，再通過一次一密的對稱加密體制，即通信雙方均使用與明文等長的密碼進(jìn)行逐比特加解密操作，實(shí)現(xiàn)無條件絕對安全的保密通信。 以量子密鑰分發(fā)為基礎(chǔ)的量子保密通信成為未來保障網(wǎng)絡(luò)信息安全的一種非常有潛力的技術(shù)手段，是量子通信領(lǐng)域理論和應(yīng)用研究的熱點(diǎn)。 2022年4月13日報(bào)道，中國科學(xué)家設(shè)計(jì)出一種相位量子態(tài)與時間戳量子態(tài)混合編碼的量子直接通信新系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)100公里的量子直接通信。
9月9日，北京商報(bào)記者在“兩區(qū)”建設(shè)兩周年工作新聞發(fā)布會上獲悉，兩年來，海淀區(qū)全力推進(jìn)“兩區(qū)”建設(shè)，取得了積極進(jìn)展。通過圍繞數(shù)字經(jīng)濟(jì)試驗(yàn)區(qū)、全球創(chuàng)業(yè)投資中心以及科技體制改革先行示范區(qū)建設(shè)，即“兩區(qū)一中心”建設(shè)，海淀區(qū)已落地世界最長量子直接通信距離、全球最大智能模型“悟道2.0”、全球首款96核區(qū)塊鏈專用加速芯片、國際首臺量子直接通信原理樣機(jī)等一批重大創(chuàng)新成果。
何為量子直接通信?在北京量子信息科學(xué)研究院，北京量子信息科學(xué)研究院副院長、清華大學(xué)物理系教授龍桂魯向北京商報(bào)記者介紹說，量子直接通訊是直接傳輸信息的量子保密通信，能阻止竊聽，無需加密，是可靠和安全的通信。
“得益于研發(fā)機(jī)構(gòu)新的靈活機(jī)制和北京市的經(jīng)費(fèi)支持，可以靈活地按需分配經(jīng)費(fèi)，我們現(xiàn)在的工程研發(fā)力量非常強(qiáng)，并且匯聚了來自多個大學(xué)不同研究團(tuán)隊(duì)的優(yōu)秀人才，對比其他大學(xué)和研究所，具有很強(qiáng)的工程實(shí)現(xiàn)能力。”龍桂魯說。
為鐵路行業(yè)制定國家標(biāo)準(zhǔn)的中國鐵道科學(xué)研究院已經(jīng)與汪超接洽，計(jì)劃將量子通信引入高鐵。幾天前，兩家中國信息技術(shù)公司被曝光向境外出售高鐵數(shù)據(jù)，這將可能導(dǎo)致中國鐵路通信泄露，并威脅到數(shù)百萬乘客的安全。這是世界上最大的高鐵網(wǎng)絡(luò)。
汪超表示，鐵道科學(xué)研究院想知道基于量子的密碼學(xué)(使用物理定律防止竊聽的技術(shù))是否可以為上述涉及的大量基礎(chǔ)設(shè)施提供得以負(fù)擔(dān)的信息保護(hù)?！皞鹘y(tǒng)的鐵路通信系統(tǒng)存在安全漏洞。理論上，量子安全解決方案通過牢不可破的設(shè)備和受信任的中繼器提供改進(jìn)的保護(hù)，隨著該領(lǐng)域的私營公司致力于提供更便宜、更小的設(shè)備，行業(yè)客戶已經(jīng)能夠負(fù)擔(dān)得起這項(xiàng)技術(shù)?！?/p>
量子通信通常被認(rèn)為是未來的技術(shù)，也是一個依賴政府補(bǔ)貼的行業(yè)。但由于技術(shù)突破、成本降低和需求增加，它最近在中國成為一項(xiàng)蓬勃發(fā)展、有利可圖的業(yè)務(wù)，正在將更多的物理學(xué)家轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)家。
循態(tài)量子于2017年由汪超的導(dǎo)師曾貴華教授創(chuàng)立，汪超當(dāng)時在上海交通大學(xué)攻讀物理學(xué)博士學(xué)位，隨后加入了這家初創(chuàng)公司。因?yàn)樗嘈帕孔蛹用苁且环N經(jīng)過驗(yàn)證的技術(shù)，“正準(zhǔn)備走出實(shí)驗(yàn)室”;量子設(shè)備不再笨重且能夠穩(wěn)定性能、能夠集成到傳統(tǒng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施中。汪超表示，包括中國最大的電信服務(wù)提供商、電網(wǎng)公司和地鐵運(yùn)營商在內(nèi)的主要工業(yè)用戶去年都開始對循態(tài)量子產(chǎn)品表示興趣。這是一個重大變化：因?yàn)槎嗄陙?，像循態(tài)量子這樣的公司主要為政府提供服務(wù)。
量子通信技術(shù)商業(yè)化的最早嘗試是在2009年5月，當(dāng)時中國最著名的量子科學(xué)家潘建偉教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的幾位同事成立了一家公司——科大國盾量子技術(shù)股份有限公司(國盾量子)，現(xiàn)在已經(jīng)是一家上市公司，市值超過80億元人民幣。
國盾量子誕生僅兩個月后，中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的郭光燦教授就在安徽省蕪湖市創(chuàng)辦了另一家公司——安徽問天量子科技股份有限公司(問天量子)。
當(dāng)時很少有人聽說過量子通信技術(shù)。這些設(shè)備大多是為實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)而制造的小工具，幾乎沒有人預(yù)料到這些合資企業(yè)會盈利：由于中國政府發(fā)起的一些大型項(xiàng)目，初創(chuàng)企業(yè)得以幸免于難。
其中包括一個耗資5.6億元人民幣的項(xiàng)目，用于在北京和上海之間建設(shè)一條量子通信線路——“京滬干線”，該項(xiàng)目于2013年得到了中央政府的支持。它為國盾量子和其他初創(chuàng)企業(yè)開發(fā)的許多量子器件的應(yīng)用提供了試驗(yàn)場，這些公司用它來微調(diào)旗下產(chǎn)品并培養(yǎng)人才。
量子力學(xué)這個名字如今已經(jīng)是婦孺皆知了。但是很多人可能并不知道量子力學(xué)是什么?
我們經(jīng)常會聽到量子糾纏，電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)引起的測量坍縮，甚至將這種坍縮引申到意識層面，試圖用量子力學(xué)詮釋唯心主義。
事實(shí)上，這是對量子力學(xué)的誤讀造成的。我們都知道，我們的宇宙分為宏觀世界和微觀世界。宏觀世界十分容易理解，就是我們?nèi)粘Ｋ幍牡厍虮砻妫栂?，銀河系以及大尺度宇宙結(jié)構(gòu)。
而微觀世界就是人類肉眼甚至是普通顯微鏡都無法看到的世界。在量子力學(xué)中，微觀世界指的是比原子更小的物質(zhì)尺度的世界。
當(dāng)科學(xué)家第一次用探測器觀察到微觀世界時，對這里的規(guī)律還全然不知，所以肯定會用早已成熟的牛頓力學(xué)套用到微觀世界里。比如會認(rèn)為電子繞原子核運(yùn)動一定遵守牛頓三大定律，所以電子一定是圓周運(yùn)動。
當(dāng)我們對電子的運(yùn)動觀察得更為深入時，卻發(fā)現(xiàn)這里的一切都表現(xiàn)得十分陌生，甚至完全不遵守牛頓力學(xué)的法則。于是我們只能重新發(fā)明一套量化工具描述電子的運(yùn)動。這種新發(fā)明的物理工具就是量子力學(xué)。量子力學(xué)最神奇的一個現(xiàn)象就是量子糾纏。
在微觀世界，一旦多個粒子的量子狀態(tài)相互纏繞，即便將它們分離多么遙遠(yuǎn)，它們依舊可以相互影響。
在理論上，這種影響的速度不僅遠(yuǎn)超光速，甚至都沒有速度的概念。雖然在理論上，我們知道量子糾纏是沒有速度概念的，無論多么遙遠(yuǎn)都是同時作用的。測量其中一個粒子，哪怕另一個粒子在100億光年外的其他星系上，它們都會同時感應(yīng)到。理論歸理論，實(shí)驗(yàn)還是要做的，起碼要用實(shí)驗(yàn)證明量子糾纏的速度到底有多快。潘建偉教授曾經(jīng)在青海就搭建了一個測量粒子糾纏速度的實(shí)驗(yàn)。
由于實(shí)驗(yàn)的規(guī)模限制，最后只能測量出量子糾纏的速度是光速的1萬倍。但這并不是說明量子糾纏只有光速的1萬倍，而是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)條件的限制，只能做到這個量級。如果以后實(shí)驗(yàn)條件允許，我們可以做量子糾纏超光速1億倍，1兆倍的實(shí)驗(yàn)。
可能這時候就有人疑惑了。相對論不是認(rèn)為光速是宇宙中最快的速度，為什么量子糾纏可以輕易超過光速，這豈不是違背相對論了?其實(shí)，量子糾纏的超光速和相對論的光速并不是同一概念。
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