量子通信技术应用离我们还遥远吗?

作者:幽默丁格来源:蝌蚪五线谱发布时间:2016-08-16

2016年8月16日凌晨1:40,由中国和奥地利共同研制的全球首颗量子科学实验卫星“墨子”号在酒泉卫星发射中心成功发射。量子通信卫星的成功发射,将为人类进行“地—空”的量子通信打开一道大门。随着物理学家对量子基础理论的不断深入研究,量子通信会让寻常百姓的家庭触手可及吗?

  为什么此次发射的全球首颗量子通信卫星会有奥地利的科学家参研呢?别忘了,早在20世纪20年代,创立量子力学的大厦的两位功勋薛定谔(薛定谔提出了量子力学的基本方程)和泡利(提出了泡利不相容原理)就是奥地利人。

  量子卫星通信的理论基础来自于量子力学中的“量子纠缠”,量子纠缠指的是初始时,如果有两个粒子处于纠缠状态(相互之间有影响),那么不管这两个粒子分隔开多远,对其中一个粒子进行作用时,会立刻影响到另外一个粒子所处的状态,而这种信息传播的速度是无限快的,瞬时的。无疑,量子纠缠的这种鬼魅般的瞬时传递信息的速度是和爱因斯坦的狭义相对论相违背的,因而爱因斯坦于1935年和其合作者提出了EPR佯谬(主张定域实在论)。但在之后的60年代,贝尔从理论上又提出了“贝尔不等式”来验证绝对论的定域的隐变量理论是否正确。很遗憾,在之后的实验中均证明爱因斯坦在这上面的主张是错的。

附图

  如今,科学家只知道量子纠缠可用于量子通信,仍不清楚其中的物理机制。正如“墨子”量子通信卫星的首席科学家潘建伟院士在央视《开讲啦》中说的那样,“如果能弄明白为什么会有量子纠缠,我立即死都愿意。[1]可见,科学家在一边研究量子基础理论的同时,也在“死板”的直接利用其量子特性进行量子通信。

  事实上,我国不仅进行“地—空”的量子通信实验,也在有条不紊的进行地—地的量子通信实验。早在2008年,我国量子通信的领军人物潘建伟就在合肥建成了世界上首个量子通话网。又于2011年在我国著名的旅游风景区青海湖进行了百公里级别的量子隐形态的传输实验。另外,据潘建伟院士透露,预计今年下半年,世界上的首条千公里级别的光纤量子通信“京沪干线”将建成,将会连接北京、济南合肥和上海,进而形成一个量子通信网络[2]。无疑,由于量子通信的无条件的绝对安全性,“京沪干线”的量子通信网络将会对我国的国防和政务等行业有着极大的推进作用。

  我们看到的只是量子通信应用于实验研究或者军事、政务和金融等行业,那么,量子通信何时能够应用于普通民众呢?对此,潘建伟院士表示,希望能够在未来的10~15年的努力,降低量子网络的构建成本,期待构建一个全国性甚至全球性的量子通信网络,然后将其应用于普通民众。

 

参考文献

1. 知识分子. 一个巨大的进步:国际著名科学家评中国首颗量子科学实验卫星.

2. 环球科学.《环球科学》凌晨连线潘建伟:深度解读量子通信卫星,中国在量子通信领域全面领先.

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