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备战量子科技:中国将迈全球量子通信网络第一步         ★★★
备战量子科技:中国将迈全球量子通信网络第一步
作者:OE Fan 文章来源:本站整理 点击数:146 更新时间:2016/10/18 12:42:46

  中国发射全球首颗“量子实验卫星”,迈出量子通信网络建设的第一步。
  此后,中国还将陆续发射卫星,建成全球第一个实现卫星和地面之间量子通信的国家。今年下半年,京沪量子通信干道也将建成,届时国内将初步形成广域量子通信体系。按照规划,到2020年,中国将实现亚洲与欧洲的洲际量子密钥分发,届时联接亚洲与欧洲的洲际量子通信网也将建成。到2030年左右,中国将建成全球化的广域量子通信网络。
  各国围绕量子信息科学展开的科技竞赛已经打响,除中国外,美国、加拿大和新加坡等国也在积极部署该领域的研究。

  “十三五”科创规划提出建设量子通信和量子计算重点科技项目
  量子力学描述的是在单个原子或次原子粒子尺度上,物质与能量行为和相互的作用。人类能够在大尺度上直观地理解粒子的集体效应,但量子行为则通常显得奇异和反常。这些特殊的量子现象包括量子叠加 (系统同时包含所有的可能测量结果,一旦某个测量发生,则结果将为定值)和量子纠缠(多粒子的叠加态,它们的属性相互关联影响)。
  量子的特性打破了人们对正常世界的理解。目前量子信息领域的主要应用方向:一是量子通信,二是量子计算。在量子通信领域,与其他许多先进的前沿科技领域相比,中国已经处在全球领先地位。
  8月8日,国务院印发的《“十三五”国家科技创新规划》(以下简称《规划》)中,更是提到部署量子通信和量子计算的重点科技项目。《规划》指出,面向2030年,再选择一批体现国家战略意图的重大科技项目,力争有所突破。从更长远的战略需求出发,坚持有所为、有所不为,力争在航空发动机及燃气轮机、深海空间站、量子通信与量子计算、脑科学与类脑研究等重点方向率先突破。
  在量子通信和量子计算重大科技项目里,《规划》称,要研发城域、城际、自由空间量子通信技术,研制通用量子计算原型机和实用化量子模拟机。

  量子实验卫星
  今年46岁的浙江东阳人潘建伟,是国内量子通信的领军人物。2004年,潘建伟团队在国际上首次实现了五光子纠缠和终端开放的量子态隐形传输,这一成果被《自然》杂志发表,并同时入选英国物理学会和美国物理学会评选出的年度国际物理学重大进展。
  潘建伟的团队于2007年在国际上首次实现了安全通信距离超过100公里的光纤量子密钥分发,2008年实现了国际上首个全通型量子通信网络,2012年建成首个规模化量子通信网络。
  潘建伟还是此次量子实验卫星发射的主要负责人之一。据团队成员陆朝阳介绍,若首枚量子通信卫星顺利发射成功,中国将发射更多的卫星。若要实现覆盖全球的安全通信网络,大约需要20颗卫星。

  《Nature》报道称,中国量子实验卫星的核心是一个能够产生纠缠光子对的晶体,这些光子对无论相距多远,它们的属性仍然保持纠缠。卫星的首个任务是向北京和维也纳的地面站发射这些纠缠光子对,使用它们生成密钥。

  这项任务为期两年,团队还计划在此期间执行名为贝尔测试的统计测量,以证明相距1200公里的粒子之间存在纠缠。根据量子理论预测任何距离之间都存在纠缠,但需要贝尔测试实际验证。此外,团队还将尝试“隐形传输”量子态,通过使用纠缠光子对以及以更加常规方式传输的信息,在新的位置重构光子的量子态。
  潘建伟说希望通过量子通信研究,从初步实现局域量子通信网络,到实现多横多纵的全球范围量子通信网络,以保证信息传输的绝对安全;通过量子计算研究,为大规模计算难题提供解决方案,实现大数据时代信息的有效挖掘;通过量子精密测量研究,实现新一代定位导航等等。
  “量子通信和量子计算都是属于量子调控技术范围。”潘建伟说,“目前,全世界计算机的计算能力都非常弱。”
  潘建伟预测,不到十年左右的时间,他们就能够造出一种专用的量子计算机或者叫做量子模拟机,在某些计算能力上要比目前最快的传统计算机快百亿倍甚至更多。
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