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攻关试验已完成,中国科技大学

发布时间:2019-10-08 05:52编辑:生命科学浏览(76)

    量子科学实验卫星发射在即 攻关试验已完成
    中国科技大学:为“量子筋斗云”插上腾飞的翅膀

    2016年,天空中将会多出一颗耀眼的星,而它就是即将发射的“量子科学实验卫星”。

    新华社合肥2月26日电 题:中国科技大学:为“量子筋斗云”插上腾飞的翅膀

    “前面的攻关试验都已经做完了。”中国科大微尺度物质科学国家实验室研究员彭承志说,量子科学实验卫星将如期发射。

    新华社记者徐海涛

    这意味着,量子通信将具备覆盖全球范围的能力。“不过,量子科学实验卫星是一颗低轨卫星,只能在晚上进行量子通信,空间覆盖能力和应用都还比较有限。”彭承志说,为了提高量子通信的范围和应用能力,他们可能还会考虑量子星座的研制。

    全球首颗量子科学实验卫星已完成载荷、平台产品研制,正在开展发射星集成测试等工作;量子通信“京沪干线”项目已完成1554公里主干线光缆勘查和改造,将进行二期现场实施建设……记者从中国科学技术大学获悉,该校牵头承担的我国两大量子通信项目进展顺利,将于今年建设完成。

    迈出量子通信第一步

    量子信息被认为是全球下一代通信和计算机技术的基础性研究,而量子通信是“目前理论上唯一被证明无条件安全的通信方式”。为了2030年建成全球化的量子通信网络,我国于2011年启动建设全球首颗量子科学实验卫星,2013年启动建设千公里光纤量子通信骨干网工程“京沪干线”项目。

    随着网络通信的飞速发展,账号保护、传送安全等成为人们日益关心的问题。作为以量子力学基本原理为基础的全新通信技术,量子通信被视为可以解决人们的担忧、无条件保障通信安全的最有效方式。

    “如果这两件事都做成了,意味着一个雏形的天地一体化的量子通信网络形成了,验证了技术上的可行性。”项目首席科学家、中国科技大学常务副校长潘建伟说。

    而如何让这一方式更好地服务于广大用户,一直是学界研究的热点。中科院院士、中国科学技术大学教授潘建伟带领团队,用辛苦和努力浇灌了一朵量子之花。

    据了解,量子保密通信技术基于量子力学原理,能确保两地之间密钥分配的绝对安全性,从而保证通信的绝对安全,在国家安全、金融等信息安全领域有着重大的应用价值和前景。

    2012年2月17日,是让团队成员、中科院量子技术与应用研究中心副主任赵勇铭记在心的日子。当天,历时18个月建设的“合肥城域量子通信试验示范网”终于完成了。

    “京沪干线”项目工程总师、中科大教授陈宇翱介绍,“京沪干线”是连接北京、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络,中间还有合肥、济南等重要节点。其中2012年建成的合肥城域量子通信网,4年来运行良好,通信正确率达到99.6%,超过了目前的移动通信水平。

    这是全球首个城域量子通信试验示范网,有了这一安全保障,示范网用户传递的信息内容就会变得不可窃听、复制或破译。

    而量子科学实验卫星将在国际上首次实现高速星地量子通信,并连接地面的城域量子通信网络,初步构建中国的广域量子通信体系,为2030年建成全球化的量子通信卫星网络奠定基础。

    研制量子通信网络终端设备,研制量子通信微光探测核心器件,研制量子通信网控设备等产品……前期的工作做足后,拥有一个产品和技术的试验床,就显得有点迫切。

    澳门威斯尼斯人娱乐网,据了解,我国能在全球量子通信研究和工程建设领域占得先机,是一大批科研工作者长期努力、勇于创新的结果。

    “我们需要一个具有稳定性和安全性的更大的平台来检测通信,同时积累量子通信网络的建设和运维经验。”赵勇说。

    在量子物理学诞生的100多年里,全球对它的研究长盛不衰。量子是指微观世界里不可分割的基本个体,比如日常生活中的光,就是由大量光量子组成的。量子有着诸如未知量子态不可复制、量子非定域性等不同于宏观物理世界的奇妙特性,若能掌握这些特性,则有望实现对信息处理能力革命性的突破。

    合肥示范网应运而生,建成的示范网有46个节点,网络覆盖合肥市主城区,用户涵盖省市政府机关单位、金融机构、研究院所等。而直到现在,这些单位都是这一平台上的创新参与者。

    例如量子具有叠加性,如果能制造出100个粒子相干操纵的量子计算机,在某些问题方面的处理能力将会比目前最快的超级计算机“天河二号”还快百亿亿倍。

    将通信安全距离扩展至更远

    在《西游记》里,孙悟空一个“筋斗云”就能越过十万八千里,几百年后科学家,在微观粒子层面上的实验验证了“筋斗云”这种超能力的可实现性。利用量子纠缠发展出的量子隐形传态,可以将物质的未知量子态精确传送到遥远地点,就像孙悟空的“筋斗云”一样,可以实现从A地到B地的瞬间传输。

    如果说合肥示范网的建立是要建设一个技术试验床,那么,今年3月份投入使用的济南量子通信试验网则是面向用户日常应用的,希望更加贴合不同使用单位的要求。

    潘建伟团队的实验就证明了这种可能性:2004年,利用五光子纠缠,团队首次实现了终端开放的、多接收用户的量子隐形传态;2006年,利用六光子纠缠,团队首次实现了两粒子复合系统的量子隐形传态;2015年更是首次实现了多个自由度的量子隐形传态。

    目前,济南量子网络有90多家用户单位,可以通过网络内量子通信集控站和终端,实现安全的语音和视频通信、安全的文件传真以及安全的数据传输。

    “如果我们带着一个保险箱去北京开会,而保险箱的钥匙落在合肥了,在合肥的同事可以通过量子隐形传态将钥匙的每一个特征都精确传送到北京,而在此过程中他并不掌握这把钥匙的任何信息。这在经典世界中是不可想象的。”潘建伟说。

    “我们的平台可以承载上千用户。”赵勇说,“网络目前是免费提供给用户使用的,试验网的目的是通过用户的使用来进行相关行业应用模式的探索。”

    潘建伟团队有着明确的科研路线图:通过量子通信研究,从初步实现局域量子通信网络,到实现多横多纵的全球范围量子通信网络,以保证信息传输的绝对安全;通过量子计算研究,为大规模计算难题提供解决方案,实现大数据时代信息的有效挖掘;通过量子精密测量研究,实现新一代定位导航等等。

    济南网的顺利运行,标志着量子通信城域网技术已经发展成熟。

    今年初,以潘建伟、彭承志、陈宇翱、陆朝阳、陈增兵为主要完成人的中科大“多光子纠缠及干涉度量”团队,获得国家自然科学奖一等奖。

    “量子通信网络需要在更大范围里,通过更多的用户体验进一步验证其稳定性,提高其可用性。”中国科大微尺度物质科学国家实验室研究员陈宇翱表示,只有具备了稳定性,才会拥有更多的用户。

    而在此前一个月,英国物理学会评选出的2015年度国际物理学十大突破公布,潘建伟和陆朝阳因首次实现同时量子隐形传输一个基本粒子的两个内秉属性的工作,入选并位列榜首,这也是在中国本土完成的科研工作首次获此荣誉。

    记者了解到,建设中的量子通信“京沪干线”连接北京、济南、合肥、上海,全长2025公里,提供4城市间网状8Gbps加密应用数据传输业务。

    据介绍,今年量子科学实验卫星和“京沪干线”两大项目如期建成后,将为我国和全球的量子通信发展打开一个更为广阔的全新局面。

    “目前主要的使用对象还是银行、证券公司等一些金融机构。”陈宇翱说,北京、上海城域量子通信网将分别于今年年底和明年夏天建成。

    陈宇翱告诉记者,2025~2030年,覆盖全国的量子通信网络也有望建成,“我们希望能将安全距离扩展得更远,并且通过京沪干线来探索一定的商业盈利模式,将量子通信产业化”。

    拓展量子应用领域

    在潘建伟等人看来,成功就是解决一个又一个问题。

    量子科学实验卫星的研发亦是如此。研制一颗卫星,需要考虑很多问题,包括如何提高精度,将量子信号从天上传下来以及卫星发射以后的空间适应性问题。

    尽管过程满是艰难,所幸的是,这些问题都已得到很好的验证。现在,团队成员们在期待卫星发射的那一刻。

    不过,对于团队的研究人员来说,努力并没有到此为止。目前量子通信完成的还是最简单的点对点的信息传递,真正要组网的话,还需要一段时间。

    彭承志还表示,日后建成的量子通信网络,要致力于与既有经典网络的融合,“比如说加密这一块,我们要提高网络的实用性,让更多的外围企业参与进来”。

    此外,通过量子通信的发展来带动量子测量和量子计算等技术的发展,也是这个团队的期望,在他们看来,未来,“量子技术大有可为”。

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