量子领域的量子计算、量子通信、量子探测等技术持续突破,成为各国竞逐的前沿领域。特别是作为新一代通信技术,量子通信基于量子信息传输的高效和绝对安全性,成为近年来国际科研竞争中的焦点领域之一。
1、量子通信:划时代的崭新信息安全技术
进入21世纪,随着世界电子信息技术的迅猛发展,以微电子技术为基础的信息技术即将达到物理极限,以量子效应为基础的量子通信,将成为引领未来科技发展的重要领域。
量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通讯方式。量子通信是近20年内发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。
基于量子力学的基本原理,量子通信具有高效率和绝对安全等特点,因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。量子通信按其所传输的信息是经典还是量子而分为两类,前者主要用于量子密钥的传输,后者则可用于量子隐形传送和量子纠缠的分发。
量子世界中存在一种类似“心电感应”的现象,即通常所说的“量子纠缠”。所谓量子纠缠,是指微观世界里,有共同来源的两个微观粒子之间存在着纠缠关系,不管它们相距多远,只要一个粒子状态发生变化,另一个粒子状态也会发生相应变化。量子态隐形传输就是指利用量子纠缠技术,借助卫星网络、光纤网络等经典信道,传输量子态携带的量子信息。
2015年10月14日,阿里云与中科院旗下国盾量子联合发布了一款量子加密通信产品,可实现到达、保密、组网、密钥分发等功能。图为阿里巴巴 CTO 王坚(左)和中科院院士潘建伟共同发布这款量子加密产品。
一般意义上讲,量子通信是利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型通信方式;从物理学上讲,量子通信是在物理极限下,利用量子效应实现的高性能通信方式;从信息学上理解,量子通信是利用量子力学的基本原理或者量子态隐形传输等量子系统特有属性以及量子测量方法,完成两地之间的信息传递。
为了让量子通信从理论走到现实,从20世纪90年代开始,国内外科学家做了大量的研究工作。
1993年,在美国科学家贝内特提出量子通信概念后不久,6位来自不同国家的科学家,基于量子纠缠理论,提出了利用经典理论与量子理论相结合的方法实现量子隐形传送的方案,量子隐形传送不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义,而且可以用量子态作为信息载体,通过量子态的传送完成大容量信息的传输,实现原则上不可破译的量子保密通信。
1997年,在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作,首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验室成功将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。
欧盟从20世纪90年代末便开始集中国际力量,致力于量子通信的研究,相关项目多达12个;日本邮政省更把量子通信作为21世纪的战略项目。经过多年的发展,量子通信这门学科已逐步从理论走向实验,并向实用化发展。