文章重点分析了中国在量子计算和量子通信方面取得的进展。
中国在量子通信领域领先,在美国擅长的计算领域落后,在传感领域与美国相当,在面向市场的技术方面表现出色,而美国在高影响力领域占据主导地位。
中国正致力于将量子技术突破作为改变力量平衡的一种方式。
美国目前在多数(尽管不是全部)量子技术方面处于世界领先地位,在量子信息科学(QIS)方面的整体科研产出广泛、稳定,在每个应用领域都处于或接近全球前沿。美国在量子计算和传感技术能力方面处于领先地位,但在量子通信方面并非如此。而中国的量子技术能力正在快速发展,在量子技术的各个应用领域都有很高的研究成果。
近年来,国际科学界梦想着构建全球性的量子通信网,但一大技术难题是量子极易衰减,在光纤中的传输距离只有百公里量级。为此,科学家们提出量子中继的思想,即将远距离传输划分为多个短距离,中间用量子中继连接,解决信号衰减问题。
印度空间研究组织只是量子领域的新来者,其尚处于量子密钥分发研究的起步阶段。值得注意的是,量子密钥分发技术已进行过超出印度演示范围的测试和开发。例如,欧洲航天局(ESA)和中国科学技术大学就是这方面的佼佼者。
量子纠缠是实现量子通信的重要基础,但纠缠态非常脆弱容易消失。近期,中国科学技术大学郭光灿院士团队的李传锋、柳必恒研究组与南京邮电大学合作,用一种巧妙的方法将两对低纠缠度的纠缠态“纯化”成一对高纠缠度的纠缠态,并首次实现了11公里的远距离量子纠缠纯化,纯化效率比此前国际最好水平提升了6000多倍。
发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”,实现千公里级的星地双向量子纠缠分发,完成人类历史上首次洲际量子保密通信视频通话……中国在量子通信领域取得的诸多成就,获得了奥地利科学院院长、著名量子物理学家安东·蔡林格的强力点赞。
量子通信技术的广泛应用将会让窃听或拦截通讯行为更为困难。但量子通信系统可能并非铁板一块。可以肯定,这一系统的量子部件都是安全的,但这一系统也包括电器元件和人工操作。这些新系统中存在薄弱环节,而这些薄弱环节将成为打击的目标。没有什么是绝对安全的。
首颗“量子科学实验卫星”的发射成功,有望让量子通信真正进入广域传输时代;其“测不准”“不可克隆”等特性,使得其传输的信息在理论上永不会被解密。不过,发射卫星只是一个起点,在“宏伟量子大厦”中,量子京沪干线正在飞速搭建,天地一体的广域量子网络倚马可待,市场应用不断突破。在第二次“量子革命”中,中国正在领跑。
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