發(fā)展趨勢量子通信為什么要上天，量子通信又將帶領(lǐng)人們邁向怎樣的未來？|普思

發(fā)展趨勢量子通信為什么要上天，量子通信又將帶領(lǐng)人們邁向怎樣的未來？|普思

“夫事以密成，語以泄敗。”從古代賢君重臣的權(quán)爭舊事，到近代強(qiáng)國間的雄韜偉略，在傳遞信息環(huán)節(jié)中，泄露一直是大家高度關(guān)注的一個問題。

假如一種通訊方式可以實現(xiàn)高效、平穩(wěn)、無消耗，那樣龐培不容易兵敗法薩盧斯，馬謖都不會失街亭，在歷史上成千上萬由信息的傳遞出錯造成事件也將得到防止。

古代人悲劇現(xiàn)代人幸。很有可能取得成功解決問題方式，既不是鴻雁傳書，也不是魚傳尺素，而是一個看起來神密這個概念——量子通信。

6月25日至27日，世界互聯(lián)網(wǎng)大會數(shù)字文明尼山會話在山東舉行。成就展上，于2022年發(fā)送起飛的“濟(jì)南市一號”量子微結(jié)構(gòu)衛(wèi)星吸引了許多眼光。伴隨著量子通信在主要用途越來越遠(yuǎn)，咱們禁不住逐漸設(shè)想：量子通信將帶領(lǐng)人們邁向怎樣的未來？量子衛(wèi)星在這其中飾演如何的人物角色？

量子通信監(jiān)聽難

做為量子通信的基礎(chǔ)概念之一，量子在近年的各種各樣科幻作品中人氣非常高，但是要想準(zhǔn)確地界定它并非易事。

中科院量子信息與量子高新科技創(chuàng)新研究院教授級高級工程師廖勝凱詳細(xì)介紹，量子是現(xiàn)代物理的主要定義，即一個參量如果出現(xiàn)最小不可缺少的基本要素，則這一參量是量子變的，最小的單位被稱作量子。

“量子這個概念由德國物理學(xué)家海洋之災(zāi)明確提出，最開始被用來表述黑體輻射這類動能狀況。”廖勝凱表明，“后續(xù)實驗證明，例如角動量、正電荷、動能等其它的參量也具備不連貫變動的量子化狀況，超過哥白尼經(jīng)典力學(xué)理論模型的量子結(jié)構(gòu)力學(xué)也隨之造成。”

廖勝凱詳細(xì)介紹，相較于哥白尼經(jīng)典力學(xué)，量子結(jié)構(gòu)力學(xué)具備如下所示特點：可變性、精確測量塌縮性且不可克隆性。這三大特點也成為了量子通信可以實現(xiàn)的理論依據(jù)。

量子通信的研究方向之一就是量子密鑰分發(fā)。“根據(jù)計算復(fù)雜性傳統(tǒng)加密算法，在原理上存在被破解的概率，其破解的難題水平只在于計算能力的強(qiáng)大是否。伴隨著數(shù)學(xué)和計算水平的不斷提高，精選登陸密碼被破解的概率日益增加?！绷蝿賱P說，“而和傳統(tǒng)通訊不一樣，量子密鑰分發(fā)安全性根據(jù)物理基本概念，與計算復(fù)雜性不相干。根據(jù)量子態(tài)的傳送，在漫長兩地客戶分享安全密匙，運用該密鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行一次一密密的嚴(yán)苛數(shù)據(jù)加密，是目前人類唯一已知不能監(jiān)聽、不可以破解的原理上沒有理由安全通訊方式?！?/p>

量子通信的另一關(guān)鍵內(nèi)容包括量子隱型傳態(tài)。量子隱型傳態(tài)運用量子糾纏不清，能將粒子的不明量子態(tài)精準(zhǔn)輸送到漫長地址，而不必傳輸顆粒自身。量子隱型傳態(tài)是打造分布式系統(tǒng)量子信息資源管理網(wǎng)絡(luò)與量子計算機(jī)基本前提。

選用衛(wèi)星傳信息內(nèi)容

“磨刀不誤砍柴工，工欲善其事?！蓖ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)通信方法規(guī)定通信基站等相關(guān)機(jī)器的適用。量子通信作為一種前沿的通信手段，當(dāng)然更離不開眾多專業(yè)設(shè)備。即然量子通信一般采用二次電子做為信息的傳遞物理媒介，大家不禁想到，相互連接一條光纖線是不是完全可以滿足長距離量子通信的需求呢？

回答顯而易見是不可以的。消耗難題變成光纖線法行不通的問題所在。“量子具備不能復(fù)制基本原理，因而二次電子量子信息內(nèi)容不能像傳統(tǒng)通訊那般被放大。一旦傳輸距離很遠(yuǎn)，消耗難題也會變得極為比較嚴(yán)重?！绷蝿賱P強(qiáng)調(diào)，“依據(jù)數(shù)據(jù)計算，根據(jù)1200公里光纖線，即便有每秒鐘百億元發(fā)射率的單光子源和完美探測儀，也要數(shù)百萬年才可以傳送一個比特的密匙，這明顯是絕對不太現(xiàn)實的?！?/p>

1200公里光纖線也許還行生產(chǎn)制造，但每秒鐘百億元發(fā)射率的單光子源及其完美探測儀不是現(xiàn)階段系統(tǒng)等實際標(biāo)準(zhǔn)能夠企及的，何況大家也不太可能等候數(shù)百萬年來傳送信息內(nèi)容。專家迫不得已探尋別的解決問題方位。

即然路面行不通，老天爺就成了一個很有可能的挑選?！笆褂猛庑乔蚧旧险婵毡谩?shù)據(jù)信號消耗比較小的特性，根據(jù)衛(wèi)星輔助可以有效地拓展量子通信之間的距離。”廖勝凱表明，“除此之外，因為衛(wèi)星具備便捷覆蓋所有地球上的特色優(yōu)勢，應(yīng)用衛(wèi)星開展量子通信是全世界尺寸上進(jìn)行超長距離產(chǎn)品化量子通信最有機(jī)會的途徑之一?！?/p>

廖勝凱詳細(xì)介紹，依照軌道相對高度區(qū)劃，量子衛(wèi)星可分為低軌衛(wèi)星（2000千米下列）、上軌衛(wèi)星（2000—20000千米）和高軌衛(wèi)星（20000公里以上）三種?！斑@種衛(wèi)星上內(nèi)置了一些量子通信的元器件，能完成量子通信的某個每日任務(wù)，被人們稱為量子衛(wèi)星?！绷蝿賱P說。

量子衛(wèi)星一樣可以按凈重區(qū)劃，分成小衛(wèi)星（100—500kg）、微衛(wèi)星（10—100kg）、納衛(wèi)星（1—10kg）、皮衛(wèi)星（0.1—1kg）、飛衛(wèi)星（10—100g）。“一般來說，衛(wèi)星越低，發(fā)送成本費越小，性價比高也越高?！绷蝿賱P說。

廖勝凱強(qiáng)調(diào)，量子衛(wèi)星的一個重要的作用是做為無線中繼拓展量子通信之間的距離，以此來實現(xiàn)長距離、高難度通訊?！坝靡粤孔油ㄐ诺孛嫱ㄐ呕荆ň涂梢孕艧o線中繼）一般需要數(shù)十公里就布置一個，成本相對高且維護(hù)保養(yǎng)不容易。如果使用衛(wèi)星信息傳遞方式，一切問題也將得到解決?！绷蝿賱P說。

美好明天可期待

雖然量子衛(wèi)星作用十分強(qiáng)大，但若想要具有對多源量子通信的支撐力功效，僅靠一顆量子衛(wèi)星顯而易見還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。需要更多量子衛(wèi)星團(tuán)結(jié)互助，產(chǎn)生衛(wèi)星組網(wǎng)方案。

廖勝凱詳細(xì)介紹，一般而言，完成衛(wèi)星組網(wǎng)方案有兩種解決方法。一類是借助大量低軌衛(wèi)星組成即時覆蓋互聯(lián)網(wǎng)。銥星計劃、星鏈計劃等都屬于該類。“低軌衛(wèi)星通過飛控的通訊時長通常只有幾分鐘，所以需要百余甚至數(shù)十萬顆衛(wèi)星。”廖勝凱說。

另一類則主要依靠中高軌衛(wèi)星，如相對性路面靜態(tài)的地球同步軌道衛(wèi)星?！暗厍蛲杰壍兰s為36000公里高，其實就是現(xiàn)階段廣播電視臺衛(wèi)星、基本通訊衛(wèi)星所處路軌?！绷蝿賱P表明，“一般來說，三顆地球同步軌道衛(wèi)星就可以完成全世界范圍內(nèi)遮蓋。”

廖勝凱詳細(xì)介紹，一般而言，低軌衛(wèi)星路軌低、信號強(qiáng)、傳輸速度高，可是入境時間較短，傳送的信息內(nèi)容少；高軌衛(wèi)星路軌高、信號差、傳輸速度低，可是傳送時間久，基本上可以全天時工作中，傳輸內(nèi)容豐富；中路軌衛(wèi)星則處于高軌衛(wèi)星和低軌衛(wèi)星中間，兼具二者的特性。

“具體的選用哪一種方式的衛(wèi)星，應(yīng)依據(jù)應(yīng)該選擇。在一個選用衛(wèi)星創(chuàng)建的量子網(wǎng)絡(luò)里，通常需要開發(fā)利用三種類型的衛(wèi)星?！绷蝿賱P表明。在量子衛(wèi)星的支撐下，量子通信已取得很大的發(fā)展。但廖勝凱看起來，要真正完成大規(guī)模運用，必須在政策和技術(shù)性兩個方面再接再厲。

在技術(shù)上看，量子通信還應(yīng)當(dāng)向著提升視頻碼率、提高間距、控制成本等的方向發(fā)展。“現(xiàn)階段量子通信的發(fā)展商品成視頻碼率還比較低，一般只能做到千余比特犬每秒鐘（kbps）的水準(zhǔn)，需要與對稱性加密算法配合使用，完成大數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)加密維護(hù)；另一方面，完善新產(chǎn)品的費用較高，不益于規(guī)模性全面推廣?！绷蝿賱P詳細(xì)介紹。

從政策來看，做為密碼技術(shù)中密鑰分發(fā)或是密鑰協(xié)商的一種方式，量子通信必須滿足登陸密碼運用的合規(guī)，產(chǎn)生國家標(biāo)準(zhǔn)，后才能廣泛運用營銷推廣?！氨M管根據(jù)近十年的勤奮，世界各國逐步形成和發(fā)布一些規(guī)范，但還需要增加扶持力度，產(chǎn)生完善的管理體系建立健全專業(yè)測評驗證水平，才可以適用產(chǎn)業(yè)化運用?！绷蝿賱P說。

雖然遭遇一些考驗，但量子通信能夠所帶來的將來可謂是極為令人神往的?！霸O(shè)想一下，不久的將來每一個人的隱私都可以得到有效控制，幾萬里高質(zhì)量傳遞信息還會輕而易舉?！绷蝿賱P表明，“我始終相信，量子通信將帶領(lǐng)人們邁向一個更美好的明天！”

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