量子通信是量子技术的三大方向之一。经过20多年的努力,我国在这一领域实现了从跟随到领先的重大转变。
近日,全球首颗量子科学实验卫星墨子号携手京沪干线。我国科研团队成功建立了世界上第一个天地一体化的广域量子通信网络,实现了综合通信链路距离跨越4600公里。也为我国未来实现全球量子保密通信网络奠定了坚实的基础。该成果发表在国际学术期刊《自然》上。《自然》杂志评论家评论说,这是地球上最大、最先进的量子密钥分发网络,是量子通信领域的一项巨大工程成就。
近日,在腾讯新闻空间节目推出的《星空对话》栏目第四期中,北京跟踪与通信技术研究所高级工程师、北斗地面测试验证系统副总设计师卢军对话中科院院士、量子科学实验卫星项目常务副总设计师、卫星总指挥、中科院上海技术物理研究所研究员王建宇进行了深入分析并解读量子通信的技术突破和应用。
王建宇表示,很多人对量子通信存在一定的误解。事实上,量子通信是对现有通信技术的补充,并不能完全取代现有通信技术。其功能是在密钥分发过程中为普通通信技术提供无法破译的代码。现在之所以叫量子通信,是因为这个名字最早是从国外直接翻译过来的。 Quantum Communication翻译为量子通信。事实上,更严格地说,量子通信是产生牢不可破的密码。
量子通信作为通信技术和信息革命的先锋,是一个非常重要的突破点。那么,这个突破点的核心在哪里呢?
对此,王建宇解释说,上世纪初物理学有两个非常著名的重大发现。一个是著名的爱因斯坦创立的相对论,另一个是量子力学。量子力学作为四大力学之一,起着非常重要的作用,而爱因斯坦本人就是量子力学的发明者之一。他之所以获得第一届诺贝尔奖,是因为提出了光电效应和光的粒子化,这是量子力学的一个核心概念。
量子力学虽然不像相对论那样广为人知,但却是大学课程的必修课,它揭示了微观世界粒子运动的规律。可以说,没有量子力学,就没有现在的半导体产业,也就不会存在大家每天使用的手机。王建宇说道。
量子力学近年来再次流行的原因是,在量子力学理论中,有很多现象可以在理论上推导,但在实践中却无法解释。近年来,由于物理和技术的发展,许多现象可以通过实验来解释,甚至可以为我们所用。这相当于量子力学的新一轮革命。
这就是我们现在所说的“量子信息学”,它包括以下三个部分:量子通信、量子计算和量子测量。王建宇说道。
对于量子通信领域的未来发展,王建宇认为,产业发展是一个非常复杂的事情。目前大家都非常看好量子赛道,投资市场也比较火爆。但量子要真正产业化,门槛比较高,会遇到很多困难。如果作为重点补充的话,真正做到的话,市场将是巨大的。在量子测量和导航应用方面,还有一些量子成像、量子雷达等,首先会在国家安全方面有一些应用,也会出现一些相应的产品。投资量子领域是一件好事,但也必须了解其中的风险。
未来,包括量子探测在内的量子计算领域还会有哪些发展和探索?王建宇指出,首先在量子测量方面,量子探测采用的是量子陀螺仪。很多人已经在做了,而且比传统陀螺仪更好。高出几个数量级。其次,量子定位可以通过量子方法减少干扰,提高精度。同时,量子方法还可以用来制作重力场传感器,也可以提高精度。第三,遥感领域出现了一种新型量子成像。从理论上讲,它可以对传统遥感成像理论提出一些挑战,但距离真正达到现在的成像效果、原理已经突破还有很长的路要走。量子测量非常实用,是一个有潜力的发展领域。