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量子通信絕對(duì)保密 惠及千家萬(wàn)戶
這兩天，酒泉衛(wèi)星將擇機(jī)進(jìn)行一次受到全世界關(guān)注的火箭發(fā)射，不是因?yàn)殚L(zhǎng)征火箭又要更新?lián)Q代，也不是因?yàn)橛泻教靻T要飛向太空，而是因?yàn)檫@次長(zhǎng)征火箭搭載著一位重量級(jí)的乘客——量子衛(wèi)星，它有著獨(dú)步天下的本領(lǐng)，就是進(jìn)行量子通信。量子通信最大的特點(diǎn)就是所有的數(shù)據(jù)和信號(hào)傳輸都絕對(duì)保密，再也不必?fù)?dān)心任何信息會(huì)被竊取，包括咱們的銀行卡密碼。所以說(shuō)，這將是一項(xiàng)能夠惠及千家萬(wàn)戶的科學(xué)技術(shù)。目前，發(fā)射工作已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，這兩天，這顆衛(wèi)星就要擇機(jī)發(fā)射升空。
神奇的量子：既有絕技又有怪癖
說(shuō)到量子，它有兩個(gè)堪稱神奇的絕技，就是分身術(shù)和遠(yuǎn)程心靈感應(yīng)。別小看這兩門功夫，要知道最強(qiáng)悍的量子計(jì)算機(jī)和最安全的量子通信，關(guān)鍵靠的就是它們。量子的分身術(shù)也叫量子疊加，就是一個(gè)量子可以同時(shí)存在好幾種狀態(tài)。那么分身術(shù)干嘛用呢？首先一個(gè)應(yīng)用就是幫我們的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算。這能力有多強(qiáng)，大家可以想象一下幾十個(gè)孫悟空打妖怪。舉個(gè)例子，如果我們分解一個(gè)300位的大數(shù)，用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)，需要15萬(wàn)年，用量子的分身術(shù)幫我們并行運(yùn)算，只要一秒鐘就可以算出來(lái)。
量子的另一個(gè)絕技遠(yuǎn)程心靈感應(yīng)，學(xué)名叫量子糾纏。就是如果兩個(gè)相似的量子距離足夠近，就會(huì)發(fā)生糾纏，然后你把他們分開(kāi)無(wú)論多遠(yuǎn)，這兩顆量子的狀態(tài)就好像一對(duì)有心靈感應(yīng)的雙胞胎一樣，一個(gè)開(kāi)心，另一個(gè)也會(huì)笑，一個(gè)哭了，另一個(gè)一定也難過(guò)。這個(gè)可能是科學(xué)中最奇特的現(xiàn)象之一。
說(shuō)到這里，大家是不是覺(jué)得量子很神奇？其實(shí)還不止于此，神奇的量子還有兩個(gè)怪癖，不可分割、不可克隆。別嫌它古怪，要想做量子保密通信還真得靠它的這兩個(gè)不可以。我們就是利用量子的這兩個(gè)怪癖，可以制作出最安全的保密鑰匙，可以讓我們目前的信息傳輸變得更安全。
全球首發(fā) 中國(guó)量子衛(wèi)星即將升空
量子的特性了解了，那么即將發(fā)射的量子衛(wèi)星究竟長(zhǎng)什么樣？它在太空的兩年時(shí)間將要進(jìn)行什么實(shí)驗(yàn)？下面，我們就通過(guò)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)技術(shù)，為您直觀解析這顆領(lǐng)先世界的超級(jí)衛(wèi)星。
央視記者 帥俊全：這里是酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心，塔架上長(zhǎng)征二號(hào)丁運(yùn)載火箭所搭載的就是量子衛(wèi)星，這也是世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星。量子衛(wèi)星的個(gè)頭并不大，是個(gè)邊長(zhǎng)只有1.7米左右的立方體，體重也只有640公斤。我們現(xiàn)在就給您看看這顆量子衛(wèi)星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。可以看到量子衛(wèi)星內(nèi)部可以分為上下兩層，就像我們樓房一樣，是個(gè)復(fù)式結(jié)構(gòu)。下層是電源、測(cè)控等常規(guī)的衛(wèi)星平臺(tái)；現(xiàn)在我們把上層的這四個(gè)量子衛(wèi)星特有的部件展開(kāi)來(lái)看一看，這個(gè)是量子密鑰通信機(jī)，主要負(fù)責(zé)發(fā)射作為密鑰的單個(gè)光子，這個(gè)是量子糾纏源，主要負(fù)責(zé)生成呈糾纏狀態(tài)的成對(duì)光子，這個(gè)是量子糾纏發(fā)射機(jī)，主要負(fù)責(zé)和量子密鑰通信機(jī)一起把呈糾纏狀態(tài)的兩個(gè)光子同時(shí)發(fā)射到兩個(gè)地面站，這個(gè)是量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)，是實(shí)驗(yàn)任務(wù)的控制和處理系統(tǒng)。正是由于具有這些特殊的載荷，讓量子衛(wèi)星擁有了不同的本領(lǐng)，下面就讓我們跟隨量子衛(wèi)星的足跡，去探尋量子的奇妙世界吧！
【實(shí)驗(yàn)一】量子密鑰分發(fā)=量子保密通信
那么，量子衛(wèi)星發(fā)射到距地球500公里的軌道高空太空后，到底要做哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)兀楷F(xiàn)在記者來(lái)到量子衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)的地面觀測(cè)站，量子衛(wèi)星第一個(gè)實(shí)驗(yàn)是量子密鑰分發(fā)，就是要從衛(wèi)星上將單個(gè)的光子分別發(fā)射到北京和烏魯木齊的兩個(gè)地面觀測(cè)站的接收裝置上，然后實(shí)驗(yàn)人員通過(guò)測(cè)量光子來(lái)接收密碼。
【實(shí)驗(yàn)二】量子糾纏分發(fā) 驗(yàn)證超遠(yuǎn)距離作用
第二個(gè)實(shí)驗(yàn)是量子糾纏分發(fā)。太空上的量子衛(wèi)星先制備出一對(duì)糾纏光子，然后同時(shí)將這對(duì)糾纏光子分別發(fā)送到云南和青海的地面觀測(cè)站。按照量子糾纏理論，只要我們測(cè)量糾纏狀態(tài)中的一個(gè)量子，就能知道另一個(gè)量子的狀態(tài)，我們形象地說(shuō)就是雙胞胎的心靈感應(yīng)。接下來(lái)實(shí)驗(yàn)人員就要同時(shí)對(duì)這兩個(gè)接收到的光子進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，從而驗(yàn)證千公里級(jí)的空間距離下這種“幽靈般的超遠(yuǎn)距離作用”是否真的存在。
【實(shí)驗(yàn)三】量子隱形傳態(tài) 量子世界的時(shí)空穿越
時(shí)空穿越一直是人類的夢(mèng)想。在量子世界中，這種時(shí)空穿越的現(xiàn)象卻真的存在，這就是量子衛(wèi)星要的第三個(gè)實(shí)驗(yàn)，量子隱形傳態(tài)。顧名思義，就是用隱形的方式傳輸量子的狀態(tài)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)首先要在地面實(shí)驗(yàn)站里制備一對(duì)糾纏光子，然后把其中一個(gè)留在地面實(shí)驗(yàn)站，把第二個(gè)發(fā)射到太空的衛(wèi)星上。這時(shí)候，科研人員會(huì)再制備出第三個(gè)新的光子，并讓第三個(gè)光子與留在地面實(shí)驗(yàn)站的那個(gè)光子形成糾纏狀態(tài)。按照量子理論，在地面兩個(gè)光子糾纏在一起的同時(shí)，天上的光子不再和地面的光子糾纏，反而會(huì)呈現(xiàn)地面上第三個(gè)光子的狀態(tài)，就好像把地面的第三個(gè)光子瞬間傳遞到了空中?？蒲腥藛T所做的，就是要首次在星地之間驗(yàn)證量子的這種隱形傳態(tài)。
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