量子通信有何“特異功能”

　　據報道，我國近期發射首顆量子科學實驗衛星。衛星成功運行，我國將成為世界上第一個實現衛星和地面之間量子通信的國家。量子通信究竟有何“特異功能”?

　　理論上絕對安全

　　隨著信息時代的迅猛發展，以微電子技術為基礎的信息技術即將達到物理極限。而以量子效應為基礎的量子通信，被認為具有高效率和理論上絕對安全等特點，有望開啟一次新的技術革命。

　　在微觀領域中，某些物理量的變化是以最小的基本單位跳躍式進行的。這個最小的基本單位統稱為量子，包括原子、電子、光子等。對量子通信來說，最重要的兩個理論基礎是不確定性原理和不可克隆原理。前者認為，一個量子的某些物理量(如位置和動量、時間和能量等)，不可能同時具有確定的數值;其中一個量越確定，另一個量的不確定程度就越大。后者表明，量子是不可復制的。舉例來說，如果一枚旋轉著的硬幣是量子世界中一個物體，一旦你要復制它，勢必要對它進行測量，而這種外來的行為就會改變硬幣的運動狀態。

　　當前普遍使用的、以數學為基礎的密碼體制，始終存在著被破譯的風險。如果量子通信過程中存在竊聽或者信息復制等測量行為，由于量子密碼具有不確定性、不可克隆性，因而竊聽者是永遠無法獲取全部信息的。

　　突破光纖距離限制

　　由于地球曲率的影響和光纖損耗的增加，在地面間實施遠距離量子通信尚面臨困難。特別是，光纖中的光子衰減問題，使得“兩點之間距離”最多只有100公里。而光子在自由空間中的傳輸，可以大大突破這種傳輸距離限制，因此衛星與地面之間的量子通信成為一種更好的選擇。

　　要實現星地量子通信，首先要通過一個捕獲、跟蹤、瞄準系統，建立起量子密鑰分配所需的通信信道。密鑰分配的通信鏈路建立之后，根據相應的量子密鑰分配協議，便可在通信兩端產生絕對安全、無法竊聽的共享密鑰。通過衛星這個載體，不但能夠實現星地間量子通信，而且還能實現全球任意點對點的量子通信。

　　為應對挑戰，中國科技大學和中科院上海技術物理研究所等聯合進行了科技攻關，并取得多項重要進展。例如，提出完整的星地量子通信系統方案，并在青海湖畔順利完成世界首次浮空平臺量子密鑰分發試驗等。此次即將發射的量子科學實驗衛星，能夠實現從北京到新疆的量子通信。在此平臺上，科學家們還將完成空間大尺度量子科學實驗。