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量子通信核心原理:单光子通信,中国科学家领先

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:对,这就是量子通信的核心原理,说出来真的是一点儿都不高深,我们把原来一发就是万万亿亿个光子的电磁波通信改为一次只发一个光子的单光子通信。在物理学中,量子是对某些物理量特性的最小单位的统称,因此,单光子通信就是量子通信中的一种。量子通信的核心原理是一次只发一个光子的通信,一旦被窃听,立刻就能发现令人感到振奋的是,全世界把这个技术做得最好的是我们中国的科学家。

量子通信核心原理:单光子通信,中国科学家领先

知道了传统通信中信息被窃听的原理,科学家们就想出了一个应对策略。其实这个策略说出来一点儿都不稀奇,你或许也能想到,那就是不要同时叫来那么多快递员嘛,每发一个字就只叫一个快递员,每个快递员从我这里拿走的物品就是独一份,没有第二份。这样一来,如果有一个快递员中途被拦截了,那么接收方马上就会发现收到的信息是不完整的,这就等于发现了窃听者。那么接下去就可以采取措施了,比如立即终止通信,换一种加密方式,甚至是换一条线路等。

对,这就是量子通信的核心原理,说出来真的是一点儿都不高深,我们把原来一发就是万万亿亿个光子的电磁波通信改为一次只发一个光子的单光子通信。这样一来,窃听者只要一窃听,马上就会被察觉。在物理学中,量子是对某些物理量特性的最小单位的统称,因此,单光子通信就是量子通信中的一种。理论上,我们也可以用单个电子来进行通信,原理和单光子通信是一样的,只是目前在技术上比较容易实现的是单光子通信。

但是,单光子通信这个事情,那是标准的知易行难。要想到这个方案真的一点儿都不难,可是要实现这个技术,那可就比登天还难了。这是因为光子实在是太微小了,比如说,你家里一盏最普通的电灯泡,粗略地来说,每秒钟发出的光子数量就能达到一万亿亿个。要把那么微小的光子一颗一颗地发出去,这个技术难度可想而知啊!

量子通信的核心原理是一次只发一个光子的通信,一旦被窃听,立刻就能发现(www.xing528.com)

令人感到振奋的是,全世界把这个技术做得最好的是我们中国的科学家。2016年8月16日,我国成功发射了“墨子号”量子实验卫星,全世界第一个实现了在500千米高的太空轨道,把一颗一颗的光子准确地打到地面的接收器上。这就好像要你把一枚一角钱的硬币扔进50千米之外的一个矿泉水瓶中。如果你觉得这个很难的话,那实际的难度比这个还大,因为卫星在绕着地球旋转,所以,你还得站在一列全速行驶的高铁中,然后朝着50千米外的一个矿泉水瓶扔硬币。我们的邻居日本,与我国还有很大的差距,他们还只能实现一次扔1亿个光子。

但是,讲到这里,还只是介绍了量子通信的核心原理,并不是量子通信的全部。因为,要真正实现不被窃听,还有一个至关重要的问题。

“墨子号”量子实验卫星

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