未来,光量子信息科学是量子信息科学的核心期刊。典信息科学带来了新的机遇和挑战,量子的相干性和纠缠性给计算科学带来迷人的前景。量子信息科学的诞生和发展,反过来又极大丰富了量子理论本身的内容,深化了量子力学基本原理的内涵,并进一步验证了量子论的科学性。光量子信息科学是量子信息科学的核心和关键。
一周内两次登上国际科学期刊,中科大潘建伟团队太“忙”了!
6 月 15 日,《Nature》杂志刊登了潘建伟团队主导的量子通信研究《基于纠缠的千公里级安全量子加密》。
6 月 18 日,《Science》杂志以“First Release”形式刊登了潘建伟、苑震生在超冷原子量子计算和模拟研究的最新进展,题为“Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices”《在光学晶格中冷却和纠缠超低温原子》。
雷锋网注:图片截自 Science
在后者这项研究中,研究人员实验了首次提出的冷却新机制,实验后使系统的熵 降低了 65 倍 ,达到了创纪录的低熵。
在此基础上,研究团队在光晶格中 首次实现了 1250 对原子高保真度纠缠态的同步制备,保真度为 99.3%。
在量子计算领域,量子纠缠被视为核心资源,随纠缠比特数目的增长,量子计算的能力也将呈指数增长。
因此, 大规模纠缠态的制备、测量和相干操控成为了量子计算研究的核心问题。
通常情况下,实现大规模纠缠态要先同步制备大量纠缠粒子对,再通过量子逻辑门操作将其连接形成多粒子纠缠。
由此, 高品质纠缠粒子对的同步制备是实现大规模纠缠态的首要条件。
在实现量子比特的物理体系中,由于具备良好的可升扩展性和高精度的量子操控性,光晶格超冷原子比特和超导比特被视为最可能率先实现规模化量子纠缠的系统。
早在 2010 年,中科大研究团队就与德国海德堡大学展开了合作,对基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息处理展开联合攻关。
研究人员开发了具有自旋依赖特性的超晶格系统,形成了一系列并行的双阱势。
不仅如此,每个双阱势用光场产生了有效磁场梯度,结合微波场,实现了对超晶格中左右格点及两种原子自旋等自由度的高保真度量子调控。
据量子物理和量子信息研究部的说法,在早期研究中,研究团队使用 Rb-87 超冷原子制备了 600 多对保真度为 79% 的超冷原子纠缠态并使用该体系调控特殊的环交换相互作用产生四体纠缠态,模拟了拓扑量子计算中的任意子激发模型。
但由于 晶格中原子的温度偏高,使其填充缺陷大于 10%, 不利于形成更大的多原子纠缠态和提升纠缠保真度。
因此,光晶格超冷原子比特系统需要进一步提升。
论文指出,研究团队首次提出了新制冷机制,即利用交错式晶格结构将处在绝缘态的冷原子浸泡到超流态中,通过绝缘态和超流态之间高效率的原子和熵的交换,以超流态低能激发的形式存储系统中的热量,再用精确的调控手段移除超流态,从而获得低熵的填充晶格。
基于此,研究人员在一个具有 10000 个原子的量子模拟器展开了实验。在二维平面上,研究人员将莫脱绝缘体样品浸泡在可移动的超流体储层中使其冷却。
雷锋网注:图为光晶格中原子冷却的示意图
结果显示,制冷后使系统的熵达到了创纪录的低熵, 降低了 65 倍 ,不仅如此, 晶格中原子填充率大幅提高到 99.9% 以上,达到近乎完美的程度。
在这一制冷基础上,研究人员进一步推进研究。
研究人员开发了两原子比特高速纠缠门,最终 获得了纠缠保真度为 99.3% 的 1250 对纠缠原子。
对此,研究人员表示,其研究为 探索 低能量多体相提供了一个环境,使产生大规模的纠缠更具可能性。
另外,对于这一研究结果,《Science》杂志的审稿人给与了正面评价:
超冷原子量子计算和模拟研究之所以能取得新突破,离不开以潘建伟、苑震生为主导的研究团队,而从其过往的研究经历来看,二位来头不小。
潘建伟
潘建伟,有“量子之父”之称,是“墨子号”的首席科学家。主要从事量子物理和量子信息等方面的研究,是国际上量子信息实验研究领域开拓者之一,同时也是该领域具有重要国际影响力的科学家。
虽然一周连登两次国际期刊,但潘建伟的高光,远不止如此;不仅多次登上国际期刊,还屡次创下记录,主要包括:
苑震生
苑震生,中国科学技术大学教授,其研究方向包括超冷原子量子调控、量子光学,以及原子分子物理。
据量子物理与量子信息研究部官方介绍,苑震生教授在国际权威学术期刊上发表研究论文多达 40 余篇,总引用 2000 次。
其中包括:
·······
尽管这些“最可爱的人”已取得了许多成就,但他们仍未停歇,不断用新的研究成果刷新着我国在量子计算和模拟的进步。
期待更多的研究成果的发布,雷锋网也将持续关注。
参考资料:雷锋网
【1】
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《化学进展》《 分子科学学报》《山东化工》《天津化工》 《江西化工》《云南化工》《化学世界》《应用化学》《山西化学》 《有机化学》《化学学报》等
未来,光量子信息科学是量子信息科学的核心期刊。典信息科学带来了新的机遇和挑战,量子的相干性和纠缠性给计算科学带来迷人的前景。量子信息科学的诞生和发展,反过来又极大丰富了量子理论本身的内容,深化了量子力学基本原理的内涵,并进一步验证了量子论的科学性。光量子信息科学是量子信息科学的核心和关键。
一样。根据查询相关信息显示,在期刊所属总官网投稿和期刊官网投稿最终都会投到同一个地方。投稿,是作者将自己享有著作权的某一未发表作品投寄给媒体、报刊杂志社、广播电视台或出版社并希望被采用的行为。
”墨子号“
中科大潘建伟教授及其研究团队与合作者利用“墨子号”量子科学实验卫星
中科大教授潘建伟及其同事彭承志、陈宇翱、印娟等利用“墨子号”量子科学实验卫星在远距离的量子态传输方面取得重要实验进展。该实验刷新世界纪录,首次实现了地球上相距1200公里两个地面站之间的量子态远程传输,向构建全球化量子信息处理和量子通信网络迈出重要一步。相关研究成果于2022年4月26日在线发表在国际知名学术期刊《物理评论快报》上。
墨子号量子科学实验卫星是中科院空间科学战略性先导科技专项于2011年首批确定的五颗科学实验卫星之一,旨在建立卫星与地面远距离量子科学实验平台,并在此平台上完成空间大尺度量子科学实验,以期取得量子力学基础物理研究重大突破和一系列具有国际显示度的科学成果,并使量子通信技术的应用突破距离的限制,向更深的层次发展,促进广域乃至全球范围量子通信的最终实现。同时,该项目将为广域量子通信各种关键技术和器件的持续创新以及工程化问题提供一流的测试和应用平台,促进空间光跟瞄、空间微弱光探测、空地高精度时间同步、小卫星平台高精度姿态机动、高速单光子探测等技术的发展,形成自主的核心知识产权。
oliver_337说的没错。但不要理解错了,这对学术发展是有利的。
通信技术论文范文篇二 浅析量子通信技术 【摘要】量子通信作为既新鲜又古老的话题,它具有严格的信息传输特性,目前已经取得突破性进展,被通信领域和官方机构广泛关注。本文结合量子,对量子通信技术以及发展进行了简单的探讨。 【关键词】量子;通信;技术;发展 对量子信息进行研究是将量子力学作为研究基础,根据量子并行、纠缠以及不可克隆特性,探索量子编码、计算、传输的可能性,以新途径、思路、概念打破原有的芯片极限。从本质来说:量子信息是在量子物理观念上引发的效应。它的优势完全来源于量子并行,量子纠缠中的相干叠加为量子通讯提供了依据,量子密码更多的取决于波包塌缩。理论上,量子通信能够实现通信过程,最初是通过光纤实现的,由于光纤会受到自身与地理条件限制,不能实现远距离通信,所以不利于全球化。到1993年,隐形传输方式被提出,通过创建脱离实物的量子通信,用量子态进行信息传输,这就是原则上不能破译的技术。但是,我们应该看到,受环境噪声影响,量子纠缠会随着传输距离的拉长效果变差。 一、量子通信技术 (一)量子通信定义 到目前为止,量子通信依然没有准确的定义。从物力角度来看,它可以被理解为物力权限下,通过量子效应进行性能较高的通信;从信息学来看,量子通信是在量子力学原理以及量子隐形传输中的特有属性,或者利用量子测量完成信息传输的过程。 从量子基本理论来看,量子态是质子、中子、原子等粒子的具体状态,可以代表粒子旋转、能量、磁场和物理特性,它包含量子测不准原理和量子纠缠,同时也是现代物理学的重点。量子纠缠是来源一致的一对微观粒子在量子力学中的纠缠关系,同时这也是通过量子进行密码传递的基础。Heisenberg测不准原理作为力学基本原理,是同一时刻用相同精度对量子动量以及位置的测量,但是只能精确测定其中的一样结果。 (二)量子通信原理 量子通信素来具有速度快、容量大、保密性好等特征,它的过程就是量子力学原理的展现。从最典型的通信系统来说具体包含:量子态、量子测量容器与通道,拥有量子效应的有:原子、电子、光子等,它们都可以作为量子通信的信号。在这过程中,由于光信号拥有一定的传输性,所以常说的量子通信都是量子光通信。分发单光子作为实施量子通信空间的依据,利用空间技术能够实现空间量子的全球化通信,并且克服空间链路造成的距离局限。 利用纠缠量子中的隐形量子传输技术作为未来量子通信的核心,它的工作原理是:利用量子力学,由两个光子构成纠缠光子,不管它们在宇宙中距离多远,都不能分割状态。如果只是单独测量一个光子情况,可能会得到完全随机的测量结果;如果利用海森堡的测不准原理进行测量,只要测量一个光子状态,纵使它已经发生变化,另一个光子也会出现类似的变化,也就是塌缩。根据这一研究成果,Alice利用随机比特,随机转换已有的量子传输状态,在多次传输中,接受者利用量子信道接收;在对每个光子进行测量时,同时也随机改变了自己的基,一旦两人的基一样,一对互补随机数也就产生。如果此时窃听者窃听,就会破坏纠缠光子对,Alice与Bob也就发觉,所以运用这种方式进行通信是安全的。 (三)量子密码技术 从Heisenberg测不准原理我们可以知道,窃听不可能得到有效信息,与此同时,窃听量子信号也将会留下痕迹,让通信方察觉。密码技术通过这一原理判别是否存在有人窃取密码信息,保障密码安全。而密钥分配的基本原理则来源于偏振,在任意时刻,光子的偏振方向都拥有一定的随机性,所以需要在纠缠光子间分设偏振片。如果光子偏振片与偏振方向夹角较小时,通过滤光器偏振的几率很大,反之偏小。尤其是夹角为90度时,概率为0;夹角为45度时,概率是0.5,夹角是0度时,概率就是1;然后利用公开渠道告诉对方旋转方式,将检测到的光子标记为1,没有检测到的填写0,而双方都能记录的二进制数列就是密码。对于半路监听的情况,在设置偏振片的同时,偏振方向的改变,这样就会让接受者与发送者数列出现差距。 (四)量子通信的安全性 从典型的数字通信来说:对信息逐比特,并且完全加密保护,这才是实质上的安全通信。但是它不能完全保障信息安全,在长度有限的密文理论中,经不住穷举法影响。同时,伪随机码的周期性,在重复使用密钥时,理论上能够被解码,只是周期越长,解码破译难度就会越大。如果将长度有限的随机码视为密钥,长期使用虽然也会具有周期特征,但是不能确保安全性。 从传统的通信保密系统来看,使用的是线路加密与终端加密整合的方式对其保护。电话保密网,是在话音终端上利用信息通信进行加密保护,而工作密钥则是伪随机码。 二、量子通信应用与发展 和传统通信相比,量子通信具有很多优势,它具有良好的抗干扰能力,并且不需要传统信道,量子密码安全性很高,一般不能被破译,线路时延接近0,所以具有很快的传输速度。目前,量子通信已经引起很多军方和国家政府的关注。因为它能建立起无法破译的系统,所以一直是日本、欧盟、美国科研机构发展与研究的内容。 在城域通信分发与生成系统中,通过互联量子路由器,不仅能为任意量子密码机构成量子密码,还能为成对通信保密机利用,它既能用于逐比特加密,也能非实时应用。在严格的专网安全通信中,通过以量子分发系统和密钥为支撑,在城域范畴,任何两个用户都能实现逐比特密钥量子加密通信,最后形成安全性有保障的通信系统。在广域高的通信网络中,受传输信道中的长度限制,它不可能直接创建出广域的通信网络。如果分段利用量子密钥进行实时加密,就能形成安全级别较高的广域通信。它的缺点是,不能全程端与端的加密,加密节点信息需要落地,所以存在安全隐患。目前,随着空间光信道量子通信的成熟,在天基平台建立好后,就能实施范围覆盖,从而拓展量子信道传输。在这过程中,一旦量子中继与存储取得突破,就能进一步拉长量子信道的输送距离,并且运用到更宽的领域。例如:在�潜安全系统中,深海潜艇与岸基指挥一直是公认的世界难题,只有运用甚长波进行系统通信,才能实现几百米水下通信,如果只是使用传统的加密方式,很难保障安全性,而利用量子隐形和存储将成为开辟潜通的新途径。 三、结束语 量子技术的应用与发展,作为现代科学与物理学的进步标志之一,它对人类发展以及科学建设都具有重要作用。因此,在实际工作中,必须充分利用通信技术,整合国内外发展经验,从各方面推进量子通信技术发展。 参考文献 [1]徐启建,金鑫,徐晓帆等.量子通信技术发展现状及应用前景分析[J].中国电子科学研究院学报,2009,4(5):491-497. [2]徐兵杰,刘文林,毛钧庆等.量子通信技术发展现状及面临的问题研究[J].通信技术,2014(5):463-468. [3]刘阳,缪蔚,殷浩等.通信保密技术的革命――量子保密通信技术综述[J].中国电子科学研究院学报,2012, 7(5):459-465. 看了“通信技术论文范文”的人还看: 1. 大学通信技术论文范文 2. 通信技术毕业论文范文 3. 通信技术论文范文 4. 关于通信工程论文范文 5. 大学通信技术论文范文(2)
一周内两次登上国际科学期刊,中科大潘建伟团队太“忙”了!
6 月 15 日,《Nature》杂志刊登了潘建伟团队主导的量子通信研究《基于纠缠的千公里级安全量子加密》。
6 月 18 日,《Science》杂志以“First Release”形式刊登了潘建伟、苑震生在超冷原子量子计算和模拟研究的最新进展,题为“Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices”《在光学晶格中冷却和纠缠超低温原子》。
雷锋网注:图片截自 Science
在后者这项研究中,研究人员实验了首次提出的冷却新机制,实验后使系统的熵 降低了 65 倍 ,达到了创纪录的低熵。
在此基础上,研究团队在光晶格中 首次实现了 1250 对原子高保真度纠缠态的同步制备,保真度为 99.3%。
在量子计算领域,量子纠缠被视为核心资源,随纠缠比特数目的增长,量子计算的能力也将呈指数增长。
因此, 大规模纠缠态的制备、测量和相干操控成为了量子计算研究的核心问题。
通常情况下,实现大规模纠缠态要先同步制备大量纠缠粒子对,再通过量子逻辑门操作将其连接形成多粒子纠缠。
由此, 高品质纠缠粒子对的同步制备是实现大规模纠缠态的首要条件。
在实现量子比特的物理体系中,由于具备良好的可升扩展性和高精度的量子操控性,光晶格超冷原子比特和超导比特被视为最可能率先实现规模化量子纠缠的系统。
早在 2010 年,中科大研究团队就与德国海德堡大学展开了合作,对基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息处理展开联合攻关。
研究人员开发了具有自旋依赖特性的超晶格系统,形成了一系列并行的双阱势。
不仅如此,每个双阱势用光场产生了有效磁场梯度,结合微波场,实现了对超晶格中左右格点及两种原子自旋等自由度的高保真度量子调控。
据量子物理和量子信息研究部的说法,在早期研究中,研究团队使用 Rb-87 超冷原子制备了 600 多对保真度为 79% 的超冷原子纠缠态并使用该体系调控特殊的环交换相互作用产生四体纠缠态,模拟了拓扑量子计算中的任意子激发模型。
但由于 晶格中原子的温度偏高,使其填充缺陷大于 10%, 不利于形成更大的多原子纠缠态和提升纠缠保真度。
因此,光晶格超冷原子比特系统需要进一步提升。
论文指出,研究团队首次提出了新制冷机制,即利用交错式晶格结构将处在绝缘态的冷原子浸泡到超流态中,通过绝缘态和超流态之间高效率的原子和熵的交换,以超流态低能激发的形式存储系统中的热量,再用精确的调控手段移除超流态,从而获得低熵的填充晶格。
基于此,研究人员在一个具有 10000 个原子的量子模拟器展开了实验。在二维平面上,研究人员将莫脱绝缘体样品浸泡在可移动的超流体储层中使其冷却。
雷锋网注:图为光晶格中原子冷却的示意图
结果显示,制冷后使系统的熵达到了创纪录的低熵, 降低了 65 倍 ,不仅如此, 晶格中原子填充率大幅提高到 99.9% 以上,达到近乎完美的程度。
在这一制冷基础上,研究人员进一步推进研究。
研究人员开发了两原子比特高速纠缠门,最终 获得了纠缠保真度为 99.3% 的 1250 对纠缠原子。
对此,研究人员表示,其研究为 探索 低能量多体相提供了一个环境,使产生大规模的纠缠更具可能性。
另外,对于这一研究结果,《Science》杂志的审稿人给与了正面评价:
超冷原子量子计算和模拟研究之所以能取得新突破,离不开以潘建伟、苑震生为主导的研究团队,而从其过往的研究经历来看,二位来头不小。
潘建伟
潘建伟,有“量子之父”之称,是“墨子号”的首席科学家。主要从事量子物理和量子信息等方面的研究,是国际上量子信息实验研究领域开拓者之一,同时也是该领域具有重要国际影响力的科学家。
虽然一周连登两次国际期刊,但潘建伟的高光,远不止如此;不仅多次登上国际期刊,还屡次创下记录,主要包括:
苑震生
苑震生,中国科学技术大学教授,其研究方向包括超冷原子量子调控、量子光学,以及原子分子物理。
据量子物理与量子信息研究部官方介绍,苑震生教授在国际权威学术期刊上发表研究论文多达 40 余篇,总引用 2000 次。
其中包括:
·······
尽管这些“最可爱的人”已取得了许多成就,但他们仍未停歇,不断用新的研究成果刷新着我国在量子计算和模拟的进步。
期待更多的研究成果的发布,雷锋网也将持续关注。
参考资料:雷锋网
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计算机科学与应用
杂志名称】机械科学与技术 【杂志文章包含专业】理论研究 设计计算 机构分析 工艺.设备.材料 实验研究 CAD/CAM/CAE 【投稿联系方式】 【投稿费用】审稿费100,版面费每页约200-250,图片另收费(好像是10/张) 【杂志级别】中文核心期刊 中国科技论文统计源期刊 EI源 【稿酬回报】按字数不同,大约每页不到50 【投稿感受】只要有新意,比较容易投中,本人投了几篇,保持全中。只是发表周期有些长(从投到发1-1.5年), 【其他】以前该刊在机械行业比较牛,但这两年有点下滑。不知是太牛了没和EI搞好关系,还是咋得,近两年一直没被收录,在唯EI是瞻的今天大大影响了吸引力。但在许多老教授心中其魅力依旧,所以可以投。 此外,该刊态度可以。 【杂志名称】核电子与探测技术 【杂志文章包含专业】主要包括核技术、电子类等 【投稿联系方式】北京8800信箱,100020 【投稿费用】每页140元,要想提前发表需每页再多交几十元,不收审稿费 【杂志级别】核心(EI收录) 【稿酬回报】200元左右 【投稿感受】投稿录用率很高,一般一两个月就可以知道是否录用,很少作修改,EI收录的概率很高,如果为了发表EI收录的,可以向该刊物投稿。 【杂志名称】数据采集与处理 【杂志文章包含专业】主要涉及信号处理、通信、数据采集等内容 【投稿联系方式】南京御道街29号,210016 【投稿费用】每页160元,审稿费100元 【杂志级别】核心,EI收录 【稿酬回报】200元左右 【投稿感受】投稿时可以在寄两份打印费时同时寄出审稿费100元,以加快审稿速度,审稿很认真,不管是否录用都回寄审稿意见,只要文章有些创新就可以录用,审稿周期在三个月左右。 【其他】很多重点大学都很认可该刊物,在它还不是核心期刊时,就得到西安交大等学校的公认,是核心类期刊中比较正规、稿件质量较高的刊物之一。 【杂志名称】系统工程与电子技术 【杂志文章包含专业】计算机应用、电路设计、电子、信息等 【投稿联系方式】北京142信箱32分箱,100854 【投稿费用】版面费600元,审稿费100元 【杂志级别】核心,EI收录 【稿酬回报】100-200元 【投稿感受】投稿录用率较高,是电子信息类投稿较容易的期刊之一,发表周期在6-10个月。 【杂志名称】电波科学学报 【杂志文章包含专业】电磁场、电波传播、电子信息类等
大学生可以投稿的杂志有:
1、杂文类可以投:读者、意林、天涯、小小说,故事会、《中国青年报》校园板块、青年文摘等;
2、诗歌类可以投:《星星诗刊》,《诗刊》等;
3、小说类可以投:《上海文学》《北京文学》《人民文学》《80后》《萌芽》等;
4、现在的自媒体发展也很好,也可以尝试投稿微信公众号、网站等。
大学生在校创业申请流程:
1、学生网上申请
注册登录教育部大学生创业服务网,按要求在网上提交《高校毕业生自主创业证》申请。
2、高校网上初审
所在高校对毕业生提交的相关信息进行审核,通过后注明已审核,并在网上提交学校所在地省级教育行政部门。
3、省级教育行政部门复核
省级教育行政部门对毕业生提交的相关信息进行复核并确认。
4、高校发放《高校毕业生自主创业证》
复核通过后,由所在高校打印并发放《高校毕业生自主创业证》,相关部门和学生本人都可随时查询。
5、学生申领《就业失业登记证》
毕业生持《高校毕业生自主创业证》向创业地县以上人社部门提出《就业失业登记证》认定申请,由创业地人社部门核发《就业失业登记证》,一并作为当年及后续年度享受税收扶持政策的管理凭证。
6、学生享受税收优惠
内容同"离校创业"。
7、《高校毕业生自主创业证》发放对象:
毕业年度内在校期间创业的高校毕业生。其中,高校毕业生是指实施高等学历教育的普通高等学校、成人高等学校毕业的学生;毕业年度是指毕业所在自然年,即1月1日至12月31日。
他的比谷歌悬铃木快一百亿倍?怎么计算的?他的计算有一个案例吗?仅仅又是理论猜测?正如网友认为:一会儿量子卫星、一会儿一眨眼又量子计算机、一会儿量子之父!谁不知美国谷歌,⋯这些人利用了某些人喜爱高大上的厉害了的面子工程,形象工程,己经玩我高层于股掌之间,并已经达到极至。科学本身就是在质疑、在不断否定之中成长。忽悠们为什么怕别人质凝?还动不动什么敌对势力?说你是伟大,就是朋友,质疑你就是敌?什么混帐逻辑?我们等待他们的产品岀来吧,如果没有,就是一个大忽悠,如果有,也是谷歌在先。不要有一点试验,就又什么世界霸主了!超越美国了!一看就知道太不成熟了,狂热充满头脑。什么潘是量子之父呀!一派胡言,1900年普朗克发现量子,你怎么敢妄称“量子之父”?还有潘的信口开河,令人喷饭:什么所有日用量子产品都是!屁臭不臭?谁说量子科学,不用能用到民用?日用?无知!脚踏实地搞好自己的技术吧!本份一点,不要凭着弯道超车,搞了一点小动作,就狂妄无知,猖狂得比天高。一切让时间检验,是真是假拿出实证应用来说话,不要把理论猜测拿来忽悠高层与主媒,总有一天是要水落石出的,一句话,出来混总是要还的。
量子密钥分发可以实现量子通信
中国科学院日前召开新闻发布会,宣布量子科学实验卫星“墨子号”在国际上首次成功实现从卫星到地面的量子密钥分发和从地面到卫星的量子隐形传态,两项成果于8月10日同时在线发表在国际权威学术期刊《自然》杂志上。
至此,“墨子号”提前圆满实现全部三大既定科学目标,为我国在未来继续引领世界量子通信技术发展和空间尺度量子物理基本问题检验前沿研究奠定了坚实的科学与技术基础。
量子号科学实验任务(来源网络)
我们知道量子卫星有三大任务:通过量子卫星实现卫星和地面的量子密钥分发,从而实现广域的量子保密通信;对量子力学本身的基本原理进行检验的实验任务;连接中国和奥地利之间的量子通信网,以证明全球规模的量子通信网络设想是可行的。
我们知道量子通信作为迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,在金融、军事和政务等领域的应用前景得到了世界各国的广泛关注,那么这种保密措施通过何种方式实现?本次达成的量子密钥分发成就与量子通信又有什么关系?
量子密钥分发是什么?
保密通信是密码学的重要内容,其基本原理是采用密钥 (0,1的随机数列)通过加密算法将甲方要发送的信息(明文)变换成密文,在公开信道上发送到合法用户乙方处,乙方采用密钥从密文中提取所要的明文。
量子密码(图片来源于网络)
如果甲乙双方采用相同的密钥(即)则称为对称密码或私密密码。如果相反,则称为非对称密码或公开密码,其中公开密钥只为乙方私人拥有。如果任何窃听者在不知晓密钥却可以从秘文提取出明文,则这种密码体系是不安全的。
密钥使用流程(来源网络)
那么有没有令所有专家都无法破解的密码?有!
早在上世纪四十年代,著名的信息论鼻祖香农采用信息论严格证明,如果密钥长度与明文长度一样长,而且用过后不再重复使用,则这种密文是绝对无法破译的,俗称为“一次一密”。
那么为何这种“一次一密”的密码未被推广使用呢?原来 “一次一密”要大量消耗“密钥”,需要甲乙双方不断地更新密码本,而“密码本”的传送(称为“密钥分发”)本质上是不安全的。采用不安全的密钥来实施“一次一密”加密仍然是不安全的。
那么是否有什么办法可以确保密钥分发是安全的?
有,这就是“量子密钥分发”(缩写为“QKD”)!
量子密钥分发的优势
“量子密钥分发”应用到量子力学的基本特性(如量子不可克隆性,量子不确定性等)来确保任何企图窃取传送中的密钥都会被合法用户所发现,这是QKD比传统密钥分发所具有的独特优势,后者原则上难于判断手头的密码本是否已被窃听者复制过。
QKD的另一个优点是无需保存“密码本”,只是在甲乙双方需要实施保密通信时,实时地进行量子密钥分发,然后使用这个被确认是安全的密钥实现“一次一密”的经典保密通信,这样可避开保存密码本的安全隐患。
量子密钥分发的过程
量子密钥分发的过程大致如下:单个光子通常作为偏振或相位自由度的量子比特,可以把欲传递的0,1随机数编码到这个量子叠加态上,比如,事先约定,光子的圆偏振代表1,线偏振代表0。光源发出一个光子,甲方随机地将每个光子分别制备成圆偏振态或线偏振态,然后发给合法用户乙方,乙方接收到光子,为确认它的偏振态(即0或1),便随机地采用圆偏光或线偏光的检偏器测量。
如果检偏器的类型恰好与被测的光子偏振态一致,则测出的随机数与甲所编码的随机数必然相同,否则,乙所测得的随机数就可能与甲方发射的不同。乙方把甲方发射来的光子逐一测量,记录下测量的结果。然后乙方经由公开信道告诉甲方他所采用的检偏器类型。
这时甲方便能知道乙方检测时哪些光子被正确地检测,哪些未被正确地检测,可能出错,于是他告诉乙方仅留下正确检测的结果作为密钥,这样双方就拥有完全一致的0,1随机数序列。
量子密钥分发图示(来源网络)
如果有窃听者在此过程中企图取这个密钥,他有两种策略:一是将甲发来的量子比特克隆后发给乙方。但量子不可克隆性确保窃听者无法克隆出正确的量子比特序列,因而也无法获得最终的密钥。
另一种是窃听者随机地选择检偏器,测量每个量子比特所编码的随机数,然后将测量后的量子比特冒充甲方的量子比特发送给乙方。按照量子力学的假定,测量必然会干扰量子态,因此这个“冒充”的量子比特与原始的量子比特可能不一样,这将导致甲乙双方最终形成的随机数序列出现误差,他们经由随机比对,只要发现误码率异常地高,便知有窃听者存在。
量子密钥分发和量子通信的关系
上述的保密通信,实质上是“一次一密”的经典通信,只是密钥是由QKD生成的,通常也称为量子保密通信。
量子密码是量子通信吗?答案是否定的!
所谓“通信”简单地说就是传递信息(即“明文”)。量子密码只是传送经典随机数而已,不包含有任何信息内容,因此,与“通信”无关。量子保密通信实际上包括由QKD生成的安全密码和“一次一密”经典通信两个部分,本质上仍然是经典通信。
真正的“量子通信”有其确切的内涵,即将信息编码在量子比特上,在量子通道上将量子比特从甲方传给乙方,直接实现信息的传递。那么这种真正的“量子通信”离我们究竟还有多远?
开启量子通信新时代
随着量子卫星的发射升空和下半年“京沪干线”的完工,中国的广域量子通信体系为率先建成全球化的量子通信卫星网络奠定了基础,“天地一体化”的量子通信网络即将铺就,历经30余年的量子信息研究也将步入深化应用的时代。也许就在不远的将来,量子通信技术将如同手机、电脑一般,走入寻常百姓家。
是真的,潘建伟在量子通信领域已达到多项成就,并不是伪科学,我们应当相信潘建伟的理论研究。
今年6月15日,中国科学家潘建伟团队在量子通讯技术研究上,再次获得世界级突破,相关研究结果也登上了最新一期的《Nature》,取得了举世瞩目的骄人成就。不过在国内,似乎关注的人并不太多,反而西方国家对这一突破 表现出了相当高的关注度。
在这次实验中,潘建伟团队从位于地面以上500公里、人类首颗量子通讯卫星“墨子号”,向位于新疆的两个地面站发射光子,全球首次实现千公里级基于纠缠的无中继量子密钥分发。这次试验的距离是此前类似试验距离的10倍,达到1120公里。外媒评论称,这次试验的成功,意味着中国在人类量子科技发展上取得里程碑式的突破。
量子通讯应用研究为何在近年来受到世界各国的高度重视?这源于一种有趣的物理现象。两个粒子不管相距多远,只要他们建立了相互纠缠的状态,这种状态就会始终保持下去。当对其中一个粒子进行测量造成扰动,另一个粒子的状态也会同步发生改变,这就使得远距离安全通讯成为可能。
当通讯的信息以量子纠缠状态发送出来以后,如有人试图破解或盗取信息内容,必然会扰动这一量子纠缠态, 瞬间会造成通讯的中断,信息归零。科学界认为,这种通讯技术在效率和安全性方面,要比目前的光纤通讯高出上亿倍!这样的技术一旦得以应用,我们国防通讯、商业通讯、民用通讯的安全性和便利性将实现数量级的飞跃!
那么,中国在这场通讯技术研发竞赛中处于什么位置?用美国加州量子技术公司总裁厄尔的话说,“北京远远领先于美国。”这句话并非空穴来风。中国科学家不但在全球首发了量子通讯卫星,还在天-地之间建立了量子通讯链路。
我们的相关研发已进入到量子通讯实际应用的验证阶段,毫不夸张地说,中国是绝对意义上的NO.1。
奇怪的是,我们国内有一部分人天天以学术打假的名义高喊抹黑潘建伟,认为量子通信是一场。但仔细一看就会发现,持这种观点的绝大多数人连薛定谔方程都不会写,甚至把量子力学的基本事实都予以否定。千方百计地想凭借抹黑潘建伟而上位,如此看来孰是孰非一眼便知。
其实早在2017年,潘建伟就被世界顶级期刊《Nature》评为年度科学人物,世界各国的量子通信团队都将潘建伟视为学科发展带头人。不知那些抹黑潘建伟的人 看到6月15日这一被国际同行高度认可的重大突破,还会说些什么?