来源:央视新闻客户端 发布时间:2023/7/17 18:33:25
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微纳量子卫星如何进一步加强量子保密通信的应用?

 

量子科技是全球高科技领域竞争的焦点之一,也是事关国家安全和社会经济高质量发展的战略性领域。说到量子科技,很多人首先就会想到墨子号。2016年8月,全球首颗量子科学实验卫星墨子号成功发射,并圆满完成设定的科学目标,一举奠定了我国在量子通信领域的领先地位。如今,在中国科学院量子创新研究院,科学家们正在进行微纳量子卫星的进一步研究。相比墨子号,微纳量子卫星将会如何进一步加强量子保密通信的应用?

微纳量子卫星“济南一号”取得研究进展

中国科学院院士、中国科学技术大学常务副校长 潘建伟:去年的7月份我们成功地发射了世界首颗微纳量子卫星。那么经过去年7月份到现在将近一年的努力,最近我们通过实验确信地证明了,这个微纳卫星的成本只有墨子号的二十分之一,但是它也能够很好地来进行星地的量子实验。相关的科研成果我们会在不久的将来向全球的同行发布。

墨子号取得的一系列科研成果要走向实际应用,至少还有两个巨大的障碍需要克服。一是通过减重降低卫星发射成本,二是要克服白天太阳光的干扰,从只能晚上工作变成全天时。如今,微纳量子卫星“济南一号”已经跨越了第一个障碍。

中国科学技术大学副教授 李杨:我们是经过了大概三年左右的时间,然后研制了一颗大概是96公斤重的世界上第一颗量子微纳卫星,这个卫星它跟我们以前的墨子号相比,它包括卫星的重量、载荷的重量都降低为原来的大概是1/6。

而要排除太阳光干扰却有着常人难以想象的困难。量子通信以单光子为载体,单个光子能量微弱到相当于从地球去看月亮上划燃的一根火柴。黑夜为捕获单光子提供了有利的环境,到白天太阳光一照,卫星发射光子就湮灭其中,就像一滴雨水落入了大海。为此,潘建伟领衔的量子通信团队,从每一个影响光子天地收发的因素着手,通过无数次实验,让每一个指标逐一达到技术要求。

科研团队历时一年多的调整、验证,抗太阳干扰技术完成全部地面实验,团队成员们满怀信心地等待下一颗卫星升空检验。

量子计算再获新突破

除了通信,计算也是量子科技应用的一个重大领域。随着大数据时代的到来,全球数据量呈指数级增长,对计算能力的需求巨大。目前全球科技界已纷纷把目光投向了量子计算,抢占技术制高点。就在几天前,由中国科学院院士潘建伟领衔的科研团队,将量子系统中真纠缠比特数目的纪录由原先的24个大幅突破至51个。从24到51,这个数字的增长,究竟有着怎样的特殊意义呢?

量子纠缠态制备的数目是显示量子计算复杂度的一个重要指标。

中国科学技术大学教授 朱晓波:我们看过耍杂技的,他在天上扔飞盘,扔一个接一个这比较容易,扔两个一起接就稍微难一点,扔三个就更难了。原来只能扔二十几个,这已经相当相当难了,因为国际社会学术界为这个已经努力了很多很多年了。从2000年开始到我们这个成果发布以前,最多也就做到24个,现在我们一下子可以接51个飞盘,而且都接得稳稳的。

在朱晓波眼里,对量子比特的精度追求就是刀尖上的舞蹈,因为一个量子比特的能量仅有蝴蝶扇动一下翅膀所需要能量的十亿亿分之一,经不起任何扰动。

中国科学技术大学教授 朱晓波:一个电子翻转一下,一个光子路过等,都是一个单粒子尺度的噪声,就会使它的整个的系统崩溃掉。

而这一切的基础离不开深刻理解每一个噪声的来源,然后去规避其带来的影响。只有基础打得牢,量子计算的科技大厦才能建得稳。

潘建伟带领的量子计算团队希望通过五到十年的努力,能够相干操纵数百个量子比特,用来构造一种专用的量子模拟机。针对一些复杂物理系统,诸如高温超导机制、新材料设计等目前超级计算机算不了的问题,用量子模拟机来进行运算。在解决一些实际问题的同时,不仅要牢牢占据量子计算的第一方阵,还要在某些领域成为领跑者。

(原标题:微纳量子卫星如何进一步加强量子保密通信的应用?解读来了→)

 
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