量子通信的奧秘(編輯修改稿)
2025-07-25 22:42 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的研究，研究項(xiàng)目多達(dá)12個(gè)，日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。我國從上世紀(jì)80年代開始從事量子光學(xué)領(lǐng)域的研究，近幾年來，中國科技大學(xué)的量子研究小組在量子通信方面取得了突出的成績。2003年,韓國、中國、加拿大等國學(xué)者提出了誘騙態(tài)量子密碼理論方案,徹底解決了真實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下量子通信的安全速率隨距離增加而嚴(yán)重下降的問題。 2006年夏,我國中國科技大學(xué)教授潘建偉小組、美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室、歐洲慕尼黑大學(xué)—維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，由此打開了量子通信走向應(yīng)用的大門。2008年底，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)成功研制了基于誘騙態(tài)的光纖量子通信原型系統(tǒng)，在合肥成功組建了世界上首個(gè)3節(jié)點(diǎn)鏈狀光量子電話網(wǎng)，成為國際上報(bào)道的絕對(duì)安全的實(shí)用化量子通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)研究的兩個(gè)團(tuán)隊(duì)之一（另一小組為歐洲聯(lián)合實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)）。2009年9月，潘建偉的科研團(tuán)隊(duì)正是在3節(jié)點(diǎn)鏈狀光量子電話網(wǎng)的基礎(chǔ)上，建成了世界上首個(gè)全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)，首次實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)語音量子保密通信。這一成果在同類產(chǎn)品中位居國際先進(jìn)水平，標(biāo)志著中國在城域量子網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了產(chǎn)業(yè)化要求。全通型量子通信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)5節(jié)點(diǎn)的星型量子通信網(wǎng)絡(luò)，克服了量子信號(hào)在商用光纖上傳輸?shù)牟环€(wěn)定性是量子保密通信技術(shù)實(shí)用化的主要技術(shù)障礙，首次實(shí)現(xiàn)了兩兩用戶間同時(shí)進(jìn)行通信，互不影響。該網(wǎng)絡(luò)用戶間的距離可達(dá)20公里，可以覆蓋一個(gè)中型城市；容納了互聯(lián)互通和可信中繼兩種重要的量子通信組網(wǎng)方式，并實(shí)現(xiàn)了上級(jí)用戶對(duì)下級(jí)用戶的通信授權(quán)管理。該成果首次全面展示和檢驗(yàn)了量子通信系統(tǒng)組網(wǎng)和擴(kuò)展的能力，標(biāo)志著大規(guī)?？蓴U(kuò)展網(wǎng)絡(luò)量子通信技術(shù)的成熟，將量子通信實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程又向前推進(jìn)了一大步。據(jù)稱，潘建偉團(tuán)隊(duì)將與中國電子科技集團(tuán)公司第38研究所等機(jī)構(gòu)合作，在合肥市及周邊地區(qū)啟動(dòng)建設(shè)一個(gè)40節(jié)點(diǎn)量子通信網(wǎng)絡(luò)示范工程，為量子通信的大規(guī)模應(yīng)用積累工程經(jīng)驗(yàn)。超光速信息傳輸?shù)膲?mèng)想 愛因斯坦不僅不接受“量子糾纏”的思想，并且還堅(jiān)持認(rèn)為不可能存在比光速還要快的信號(hào)。根據(jù)1905年出版的愛因斯坦的相對(duì)論，他認(rèn)為沒有物體的運(yùn)動(dòng)速度能夠超過光速。過去的很多科學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明了量子糾纏現(xiàn)象的存在，那么量子糾纏現(xiàn)象中遠(yuǎn)距離粒子之間的相互影響是如何產(chǎn)生的呢？科學(xué)家們解釋說，糾纏態(tài)的物體釋放出某種隱藏的高速信號(hào)，從而對(duì)其伙伴產(chǎn)生影響，實(shí)際上，已有實(shí)驗(yàn)證實(shí)了隱藏信號(hào)的存在，而且這種未知信號(hào)的傳輸速率可能會(huì)比光速還要高。為了證實(shí)這種可能性，瑞士科學(xué)家開始著手對(duì)一對(duì)相互糾纏的光子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。首先，研究人員們將光子對(duì)拆散；然后，通過由瑞士電信公司提供的光纖向兩個(gè)村莊接收站進(jìn)行傳送，接收站之間相距大約18公里。沿途光子會(huì)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的探測器，因此研究人員能夠隨時(shí)確定它們從出發(fā)到終點(diǎn)的“顏色”。最終，接收站證實(shí)每對(duì)相互糾纏的光子被分開傳送到接收站后，兩者之間仍然存在糾纏關(guān)系。通過對(duì)其中一個(gè)光子的分析，科學(xué)家可以預(yù)測另一光子的特征。在實(shí)驗(yàn)中，任何隱藏信號(hào)從此接收站傳送到彼接收站，僅僅需要一百萬兆分之一秒。這一傳輸速率保證了接收站能夠準(zhǔn)確地檢測到光子。由此可以推測任何未知信號(hào)的傳輸速率至少是光速的10000倍。但遺憾的是，這個(gè)超光速的量子信息是如何傳遞的、背后有什么更深?yuàn)W的物理原理等問題，科學(xué)家們到現(xiàn)在沒有弄清楚，人類要實(shí)現(xiàn)超光速的傳輸還需要繼續(xù)不斷的探索！這也正是量子通信未來最值得我們期待的發(fā)展方向之一！玻爾與愛因斯坦的世紀(jì)論戰(zhàn)——物理學(xué)靈魂的論戰(zhàn)二十世紀(jì)20 年代后期開始，量子力學(xué)的物理詮釋以及相與俱來的科學(xué)哲學(xué)問題，引起了一場史無前例的科學(xué)大論戰(zhàn)。這場思想和理論的“世界大戰(zhàn)”，已經(jīng)持續(xù)了70 年，至今仍毫無平息的跡象。這場深刻的科學(xué)和哲學(xué)問題爭論，是科學(xué)發(fā)展史上的重大事件，而本世紀(jì)兩位最偉大的科學(xué)巨人——愛因斯坦和玻爾之間的激烈交鋒，則是其中最主要的和最有代表性的部分。第一回論戰(zhàn)1927年10月在布魯塞爾召開了第五屆索爾威會(huì)議。會(huì)議的議題是“電子與光子”，企圖解決“經(jīng)典理論與量子理論之間的矛盾”。包括愛因斯坦、玻爾、薛定諤、玻恩、德布羅意、海森堡、洛倫茲、康普頓等在內(nèi)的世界最著名的科學(xué)家出席了這次會(huì)議。在會(huì)上，玻爾首先作了發(fā)言，闡述互補(bǔ)原理和對(duì)量子力學(xué)的詮釋。由于愛因斯坦一直對(duì)量子力學(xué)的統(tǒng)計(jì)解釋感到不滿，他曾在半年多以前（1926 年12 月 4 日）寫信給玻爾道：“量子力學(xué)固然是堂皇的。可是有一種內(nèi)在的聲音告訴我，它還不是那真實(shí)的東西。這理論說得很多，但是一點(diǎn)也沒有真正使我們更接近這個(gè)‘惡魔’的秘密。我無論如何深信上帝不是在擲骰子?！?所以人們都急切地期待著愛因斯坦對(duì)玻爾觀點(diǎn)的反應(yīng)。本世紀(jì)兩位最偉大的科學(xué)巨人之間一場達(dá)幾十年之久的爭論即將拉開序幕。 第五屆索爾威會(huì)議開得異常熱烈，在德布羅意、薛定諤發(fā)言后，玻爾和海森堡認(rèn)為量子力學(xué)是一個(gè)完備的理論；它的基本的物理和數(shù)學(xué)假設(shè)是不容許加以進(jìn)一步修改的。這無疑是對(duì)不同的觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)。后來，會(huì)議主席洛倫茲要求玻爾發(fā)言，談?wù)勊目捶?。玻爾重?fù)了互補(bǔ)原理和對(duì)量子力學(xué)的詮釋。會(huì)議開始討論玻爾的觀點(diǎn)。由于愛因斯坦仍保持沉默，玻恩急切想聽到愛因斯坦的意見，就站了起來，點(diǎn)名請(qǐng)愛因斯坦發(fā)表看法。直到這時(shí)，愛因斯坦才起來發(fā)言，表示贊同量子力學(xué)的系統(tǒng)幾率解釋，而不贊成把量子力學(xué)看成是單個(gè)過程的完備理論的觀點(diǎn)。在當(dāng)時(shí)
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