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“羲和二号”即将开启太阳的立体探测时代,而在微观量子网络领域的一项研究成果,则可能让理论走向现实。
近日,中国科学家在量子通信领域取得关键突破,构建出首个真正可扩展的量子网络中继单元。这一成果与另一项新型加密技术的结合,不仅在11公里光纤中完成了最高安全等级的通信验证,更将安全成码距离推进至100公里,标志着我国在远距离量子通信实用化道路上迈出决定性一步。
总台央视记者 帅俊全:量子网络跟传统网络的区别,就像从骑自行车升级到坐魔法传送门一样夸张:感知信息时,它能测量到传统仪器完全摸不到的极微小变化;传输信息时,它自带“防偷窥外挂”,窃听者将无能为力;处理信息时,过去要等上百亿年才能计算完的任务,将来可能几小时就搞定。而撑起这所有超能力的核心,正是神奇的量子纠缠。
相互纠缠的量子,就像拥有心灵感应的双胞胎,能无视空间距离同步信息,但要搭起大范围的量子网络,实现跨区域的信息互通,核心前提是要把这对“双胞胎”分别送到相隔千里的两个地方。而要实现这一点,就必须攻克量子在光纤中传输的损耗难题,这种损耗极为惊人:即便每秒向光纤中发射100亿对处于纠缠态的量子,让它们穿越1000公里的光纤,平均也要等上300年,才能成功收到一对,这也直接把量子纠缠的传输距离死死限制住了。
要跨越更远的距离,就必须依赖一种全新的接力技术——量子中继。中继的过程就像一部谍战剧:身处两地的特工无法直接碰头,但他们可以派出与各自纠缠的“量子线人”,在中间的中继地点秘密接头。
接头成功后,神奇的事情发生了:两位从未谋面的特工建立了纠缠。再进一步与更远的特工“接头”,量子纠缠就能越传越远。回到前面的例子,通过量子中继的方式,在长度为1000公里的光纤两端,每秒可以接收到100亿对纠缠,传输效率提升了100亿亿倍!
中国科学技术大学的突破,正是研发出了长寿命的“量子线人”,让两个“线人”的存活时间延长到了550毫秒,超过了派出“线人”所需的450毫秒,在国际上首次满足了让两个“线人”可以接头的基本条件,使得远距离量子网络成为可能。
不仅如此,科研团队还利用这一技术建立了远距离节点间高保真纠缠,实现了设备无关量子密钥分发的远距离传输。意味着,哪怕“特工”们使用的电台可能被敌人动过手脚,但只要他们之间的纠缠通过了严格检验,所传递的信息就依然是无法被破解的。
中国科学家的这两项突破,标志着基于量子纠缠的光纤量子网络正在从理论构想走向现实可能,进一步扩大了我国在该领域的国际领先优势。
(总台央视记者 帅俊全 褚尔嘉 张喆) 【编辑:刘阳禾】
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