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专访全国人大代表王建宇:量子通信会给你我生

文章作者:admin 上传时间:2020-06-17

央广网北京5月24日消息(记者杨静 张棉棉)据中央广播电视总台中国之声《新闻纵横》报道,全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”上天已经将近四年时间了,随着它的发射成功,量子科学这个概念逐渐开始进入普通人的视野。目前,“墨子号”在天上的状态如何?量子科学除了在通信领域本领高强,还在哪些其他领域能大显身手?针对这些问题,总台央广记者专访了全国人大代表、中科院上海分院院长、“墨子号”卫星任务总指挥王建宇。

被称为“幽灵粒子”的量子是指构成物质的最小单元,分子、原子、光子等微观粒子都是量子的表现形态。由于量子具有叠加和纠缠等很多神奇特性,量子理论已经催生了很多革命性的技术,比如晶体管激光器。量子通信则是指利用光子的量子状态,加载并传输保密通信中的密钥。如果说地面量子通信构建了一张连接每个城市、每个信息传输点的网,那么量子科学实验卫星就像一杆将这张网射向太空的标枪,当这张纵横寰宇的量子通信天地网织就,海量信息将在其中来去自如,并且无条件安全。王建宇解释,从原理上说,量子通信可以为通信提供无条件安全的通信密钥,由于作为信息载体的单光子不可分割、量子状态不可克隆,可以实现抵御任何窃听的密钥分发,简单理解,就是无法被破译。

王建宇介绍,量子通信“墨子号”主要是做量子通信的一些验证和实验,它主要是能为通信系统提供一种非常好的密码系统。从原理上来说,这种密码系统是没法破译的。换句话说,就是使用量子通信技术,只有使用双方知道密码,第三方是无法破解的。基于“墨子号”量子科学实验卫星,科研团队突破了多项关键技术,实现了星地之间量子密钥的分发,这一研究成果为未来构建安全的保密通信系统奠定了基础,并将推动量子通信相关领域的研究和应用。

王建宇说:“作为世界上首颗量子卫星,‘墨子号’卫星的寿命是两年,超期服役的“墨子号”现在状态良好。科学家还在不断做新的试验,我国在这一领域的影响非常大,这也促进了国际上很多国家开始对这一领域的投入,他们也在追赶我们。”

保密通信是人类通信的一个美好愿望,在日常生活、国家安全乃至军事用途中都有十分重要的作用。但是,有保密,就有破解密钥,随着计算机技术的发展,一般的密钥被破译的概率越来越大。而今天,量子通信技术为找到不可破译的安全密钥带来了新的解决方案。王建宇介绍,自2016年8月发射升空到2017年1月18日,“墨子号”圆满完成了4个月的在轨测试任务,正式交付用户单位使用。现在,量子通信的应用正在得到验证,团队正向着搭建应用型量子卫星全球通信网络的目标发起冲击。

王建宇说:“量子通信有一部分已经可以到使用的阶段了,我们现在在做很多实用性的实验,可能以后还会在地面的空间建一些系统,让量子通信的一些密码、系统能够应用到国家的安全、金融等领域,现在正在往应用方向努力。”

量子保密通信技术已经从实验室演示走向产业化。在城市里,通过光纤建构的城域量子网络通信已经开始尝试实际应用,我国在城域光纤量子通信方面已取得了国际领先的地位。

在量子通信的国际赛跑中,中国属于后来者。经过多年的努力,中国已经跻身于国际一流的量子信息研究行列,在城域量子通信技术方面也走在了世界前列。王建宇透露,示范工程“京沪干线”大尺度光纤量子通信骨干网已经竣工。

量子科学里除了量子通信,我国在量子计算和量子测量方面也在加速推进。王建宇说,量子计算机就是一种新型的计算机,从物理原理上来说,它会比传统的计算机要快很多倍。如果说,一般计算机现在计算速度是线性增长的,那么,量子计算则是以次方,也就是指数形式增长,由此不难推断其计算速度的提高。

王建宇说:“量子计算机现在还在实验室阶段,目前没有像现在的计算机人手一台,但如果一旦突破技术,会改变人类的生活方式;关于量子测量系统,很多测量无论是长度、时间、重量,现在逐步都进入量子世界了,用量子的方法来进行测量,它的精度可能比传统的要高好几个数量级。比如说导航用的陀螺,船开到海上,十天半个月不去矫正它,它依然可以确定位置,但是时间再长点,它就会有偏移,如果用量子导航的话,它可能半年、一年都不需要去矫正,位置也不会错。”

除了量子科学,针对现在科学领域颇受关注的“探月工程”和“火星探测工程”,全国人大代表、中科院上海分院院长、中科院院士王建宇又带来了哪些最新信息?

2019年年初,嫦娥四号着陆月球后,截至2020年5月17日3时25分,着陆器结束了寒冷且漫长的月夜休眠,受光照自主唤醒,迎来了第18个月昼工作期。嫦娥四号上搭载的激光测距敏感器,在它着陆的过程中发挥了重要作用,红外成像光谱仪在后面的科学探测成果方面积累了很多重要素材。王建宇介绍,这些探测设备在嫦娥五号乃至嫦娥六号上,还有可能继续使用,但功能会大大提升。“比如红外成像光谱仪,看的范围更大,精度和准确性也就更高了。主要是从应用的实用化的角度往前走。”王建宇谈到。

不仅是“探月工程”,在“火星探测工程”方面,搭载的载荷也会进一步升级。中国首次火星探测任务将通过一次发射任务,实现对火星的“环绕、着陆、巡视”三个目标,开展火星全球性和综合性探测,并对火星表面重点地区精细巡视勘查。王建宇介绍,中国首次火星探测任务实为“弯道超车”。王建宇说:“这里面设备水平在国际上一流第一阵型里的,而且大多都是我们自己做出来的。”

相比去月球,去火星探测,距离更远了,对载荷寿命要求也更高,这也是需要克服的一个技术难点。王建宇说:“一个产品,到火星要几个月、半年甚至更久的时间,才能打开使用,对产品的要求更高了。需要控制的不仅是载荷技术,更是卫星本身的技术,对整个系统都有更高的要求,这是很大的难处。”