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环球网近日报道了一条令中国人振奋的消息：经过32年的努力 ， 中国的科学家们成功把量子通信距离从最初实验室的32厘米 ， 扩展到今天的4600公里 ， 并且成功实现了从地面到太空的多用户通信技术 。 目前中国量子通信技术研究团队已经完成了量子密钥的分发 ， 作为下一次技术革命的突破点 ， 量子技术正在开启通往新世界的大门 ， 而这一次 ， 是由我们中国来引领 。

（用肉眼看不到的基本粒子进行通讯 ， 这是一种前所未有的全新技术）
我国是当今世界量子科学研究和应用最为前沿的国家 ， 没有之一 。 2016年中国就发射了人类历史上首颗量子通信卫星——“墨子”号卫星 ， 从而最先验证了量子空地数据传输技术 ， 而一直到今天 ， 西方的量子卫星依然停留在图纸上 ， 并且连设计工作都没有完成 。 中国在以量子技术和工程为主的新一轮产业革命中 ， 已经遥遥领先世界 。

（代号“京沪干线”的中国量子通信总控制室）
量子通信技术和传统的无线电通信技术相比 ， 存在三大优势：保密性能好、不受外界环境干扰、通信效率高 。 而这三大优势完全源自量子科学本身的特性 。 量子是现代物理的重要概念 ， 拉丁语叫quantus ， 意思是“有多少” 。 量子的概念就是指一个物理量如果存在最小的不可分割的基本单位 ， 则这个物理量是量子化的 ， 并把最小单位称为量子 ， 也就是说构成世界的最小单位叫“量子” 。

（量子世界和宏观世界是完全不同的存在）
量子世界有自己独特的运行法则 ， 很多和我们在宏观世界所使用的法则完全不同 ， 甚至相悖 。 其中最典型的就是 ， 在宏观世界中的牛顿三大经典力学原理 ， 在量子世界中被完全颠覆 。 一个量子可以凭空出现 ， 也可以凭空消失 ， 甚至可以进行“折跃” ， 这在宏观世界是绝对不可能存在的 。 所以 ， 关于量子学有一门专门的学科叫“量子力学” ， 就是专门研究量子世界的力学构成 。 而正是由于量子有着各种神奇的特性 ， 所以将其应用化以后 ， 会完全颠覆当前传统的电气化技术 。

（通过“量子纠缠”来发送信息 ， 是量子通信的核心特点）
首先说量子通信技术的最大特征——保密 。 量子通信实际上是利用了神秘的“量子纠缠”现象 ， 在量子世界中 ， 两个或多个量子之间相互作用会形成一个整体 ， 这个概念大概玩《星际争霸》游戏的朋友比较好理解——两个高阶圣堂武士可以“融合”形成执政官 ， 大概就是这种概念 。
但是量子之间的融合并非是合二为一 ， 而是体现一种奇特的状态：A量子作出某种运动后 ， B量子会跟着作出相同的运动 ， 无论它们之间距离有多远 。 这种特性就是量子通信的基本原理：把相互作用的两个量子 ， 一个放在地面控制站 ， 一个放在卫星上 ， 通过控制地面引导站的量子做出活动 ， 就可以影响卫星上的量子 ， 从而实现信息传输的目的 。 由于这种通信不发射任何电磁波 ， 完全依靠量子纠缠原理 ， 所以根本无法被探测或者监听 。

【量子技术|从32厘米到4600公里，中国量子技术正在开启新世界的大门】（神奇的量子纠缠现象 ， 目前依然没有足以令人信服的解释）
而且由于量子状态还存在不稳定性 ， 一旦遭到外界监视 ， 量子的运行状态会立即发生改变 ， 也就是说 ， 如果是第三方真正窃取到了量子接收端的情报 ， 由于观察对象发生变化 ， 量子的运动也会改变 ， 这样第三方根本无法接收到真实的信息 ， 这种程度的加密在理论上是无法破解的 。

（作为镇国之宝 ， 核潜艇如果使用了量子通信 ， 无疑会大大提升其战斗力和响应速度）
其次 ， 由于量子通信利用的是量子纠缠原理 ， 因此完全可以用在未来对核潜艇的通信技术上 ， 这样核潜艇就可以毫无阻碍 ， 随时随地接收到来自指挥部的指令 ， 并作出回应 ， 既不用担心被发现 ， 也不会出现信号延迟 ， 如果技术允许 ， 甚至可以实现指挥部和潜艇之间的视频通话 。分页标题#e#
而且未来人类深入宇宙 ， 进行深空探索时 ， 如果使用无线电作为信息收发系统 ， 受电磁波传播速度的限制 ， 信号传输会出现极大的延迟 。 例如当前人类的旅行者号探测器已经运行到海王星以外的轨道 ， 它向地球发回的信息已经足足有58分钟的延迟 ， 不难设想 ， 如果飞行距离更远 ， 延迟只能更严重 。 而如果使用量子通信技术 ， 则完全可以无视距离因素 ， 实现实时信号传输——因为量子通信不使用电磁波 ， 而是用量子纠缠现象来通信 。 所以说 ， 量子技术的应用很大程度上会颠覆我们对于宏观世界的一些基本认知 。

（2016年中国成功发射的人类第一颗量子通信卫星“墨子”号）
最后 ， 量子通信的一个重大优势就在于其带宽理论上是无限的 。 因为在目前人类应用的电子计算机技术方面 ， 通常用1和0两个数字来作为基础的信息传递符号 ， 各种元器件通过通电和断电分别代表1和0 ， 然后通过二者的排列组合来传递信息 。 但是在量子状态下 ， 每一个量子可以同时代表1和0 ， 这也就意味着量子的一瞬间就可以同步传递无限大的信息 。 2016年我国发射的“墨子”号卫星 ， 配备有7个光子组件 ， 配合地面控制中心的另外7个光子组件 ， 合成一套7组的量子通信系统 ， 而这一套7组光子组成了通信系统 ， 其信息传输能力 ， 是传统无线电传输系统的128倍 ， 由于5G技术也使用的是无线电传输数据 ， 所以也可以说量子通信系统是5G系统的128倍 。

（量子计算机“九章” ， 尽管它只是一个样机 ， 但是表现出的超高能力 ， 已经震惊世界）
正是由于量子有同时具备1和0两种状态的特性 ， 所以量子技术制造的计算机也有着无以伦比的强大运算能力 ， 以全球第一的我国“九章”量子计算机为例 ， 在计算“高斯玻色取样”时 ， “九章”用200秒计算的结果 ， 足够目前人类最先进的电子计算机计算6亿年！而“九章”还仅仅是中国量子计算机的第一台样机 ， 总共只配备了76个光子 ， 在量子技术领域 ， 中国已经无可置疑地走在了全球的最前沿 ， 而量子技术的发展 ， 必将会为中国打开一扇全新的大门 ， 到那个时候 ， 西方国家将会被我们远远甩在身后 。

（中国已经在构筑庞大的量子信息技术网络 ， 这一轮高科技竞争 ， 美国已经彻底被中国甩开）
曾经 ， 我们和第一、第二次工业革命失之交臂 ， 因此沦为“东亚病夫”上百年 ， 受尽了各种凌辱欺压 。 自新中国成立以来 ， 我们抓住了第三次工业革命的机会 ， 一举翻身成为仅次于美国的世界第二大国 。 如今 ， 量子技术的大门已经被中国首先推开 ， 在以量子技术为代表的第四次科技革命中 ， 中国必将成为新的时代引领者 ， 未来 ， 属于我们！

（我们的征途是星空大海）

来源：(谷火平)

【】网址：/a/2021/0212/kd705515.html

标题：量子技术|从32厘米到4600公里，中国量子技术正在开启新世界的大门