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“ 墨子号 ” 或于未来 13 年内实现量子互联网新兴技术使命

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中国航天物理学家于一年前发射了世界上首颗量子卫星 “ 墨子号 ”。和其它通讯卫星不同的是,这颗重达 1400 磅的 “ 墨子号 ” 并不会发射无线电波,它发射的是一些蕴藏信息的光量子。然而,我们的 “ 墨子号 ”卫 星肩负着测试 “ 量子通讯 ” 的新兴技术使命,业内专家们普遍相信,“ 量子通讯 ” 技术比任何目前我们已知的信息中继系统都要安全。

自打 “ 墨子号 ” 上天后,它就没闲过。在今年夏天的时候,“ 墨子号 ” 卫星背后的科研团队在《自然》和《科学》杂志上连续发表多篇论文,这些论文记叙了他们如何在 “ 墨子号 ” 卫星和多个地面卫星接收站之间,实现 “ 纠缠光子 ” 传输。如果将 “ 量子通讯 ” 比作邮寄一份信件的话,那么 “ 纠缠光子 ” 就是这封信的信封:纠缠光子能携带信息,并确保信息的安全。

“ 墨子号 ” 首席科学家,来自中国科学技术大学的潘建伟院士曾表示,在未来的 5 年内,他还想发射更多的量子卫星。潘院士期望量子通讯能在 2030 年前,覆盖到多个国家的地区。也就是说,在未来的 13 年内,我们或许有望看到 “ 量子互联网 ” 的诞生。这意味着人们可以用量子信号来给别人发信息。然而,除了这点之外,专家们其实也还未搞清楚 “ 量子互联网 ” 还能干什么。

“ 量子互联网 ” 其实是一个很模糊的词,加拿大滑铁卢大学量子项目成员 Thomas Jennewein 表示:“包括我在内的一些人都爱用 ‘ 量子互联网 ’ 这个词。然而,这个词目前还没有一个准确的定义 ”。这其中最主要的原因是,有关量子通讯的许多技术仍处在一个研究的初期。物理学家们还无法很好地控制和操控量子信号。

潘院士的 “ 墨子号 ” 量子卫星或许能传输和接收量子信号,但它无法真正实现量子信息储存——即便是最好的量子存储器,它保留信息的时间也无法超过 1 个小时。除此之外,研究人员至今也还未搞清用什么材料来造量子存储器最好。同时,研究者也不清楚如何才能在未来的量子网络节点间,高效地传输量子信号。然而,要在地球上空铺满量子卫星可不便宜—— “ 墨子号 ” 的造价大约为 1 亿美元(约合 6.69 亿元人民币)。通过在地面上铺设光纤来进行量子传输也不是一个完美的解决方案:在 60 英里外,量子信号就会逐渐衰弱。除此之外,量子信号也无法像电子信号那样被放大。为此,研究者们也在开发一些特殊的量子中继器,它能让量子信号实现长距离的传输。

所以量子互联网的存在的意义究竟是什么?在不久的未来,量子互联网极有可能成为我们常规互联网之外的一个特殊分支。目前,全世界的研究团队都在研制一些能让传统计算机同量子计算机实现互联的芯片。未来的人们或许绝大部分仍然会使用传统计算机,但只有当他们遇到一些特殊任务时,才会切换到量子网络。

稿源:cnBeta、网易科技,内容节选;封面源自网络。

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