新春伊始,一则足以载入全球科技发展史册的好消息,正式从中国科学技术大学实验室传遍世界:我国科研团队成功构建出全球首个可扩展量子网络中继基本模块,同时将器件无关量子密钥分发的传输距离一举突破至100公里。
两项核心成果双双登上国际顶级学术期刊《自然》与《科学》,向世界宣告中国在量子网络领域,彻底实现从“跟跑”到“领跑”的跨越,甚至成为全球该领域的“规则制定者”。
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量子网络到底好在哪
先搞明白一个问题:量子网络到底是什么,咱们为什么要花几十年时间、举全国之力去攻克它?
其实说白了,量子网络就是一套“绝对安全、无法破解”的新型通信网络,和咱们现在用的手机、宽带完全不是一个级别。
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现在的网络通信,哪怕加密再严格,也有被黑客破解、信息泄露的风险,但量子网络不一样,它的原理来自量子世界最神奇的“量子纠缠”。
简单说就是,两个纠缠在一起的量子,无论相隔多远,只要其中一个状态发生改变,另一个会瞬间做出同样的反应,而且这种反应是无法被拦截、无法被复制的。
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更关键的是,量子有一个“倔脾气”:只要有人试图窃听、拦截它传输的信息,它的状态就会瞬间发生改变,不仅窃听者拿不到任何完整信息,发送方还能第一时间发现有人动了手脚。
这就意味着,一旦量子网络普及,今后无论是给家人转钱、传递私人信息,还是国家传递机密,都能做到“绝对安全、万无一失”,再也不用担心被黑客盯上。
而这次我国的突破,恰恰解决了量子网络实用化的“最后一道难关”,让这种“绝对安全”从科幻变成了现实。
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中国量子研究的逆袭路
可能很多人不知道,量子网络这场全球科技竞赛,咱们起步并不早,甚至曾经被欧美国家远远甩在身后。
早在上世纪80年代,美国、欧盟就已经开始布局量子通信研究,1989年,IBM实验室就实现了首个量子密钥分发实验,虽然传输距离只有32厘米,却开启了人类量子通信的探索之路。
而那时候,我国在量子领域还是一张白纸,没有成熟的实验室,没有足够的科研设备,甚至连专业的科研人才都寥寥无几,国外同行提起中国量子研究,大多是不屑一顾,认为中国根本不可能在这个领域有所作为。
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但中国人的骨子里,从来就有“不服输、敢攻坚”的韧劲。
2001年,中国科学技术大学组建起国内首个量子实验室,潘建伟团队率先扛起了量子研究的大旗,从最基础的理论研究做起,一步步摸索,一点点突破,没有设备就自主研发,没有经验就反复试验,哪怕一次次失败,也从来没有放弃。
功夫不负有心人,2016年,我国成功发射世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”,一举实现千公里量级的星地量子通信,成为全球第一个实现星地量子通信的国家。
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那时候,欧美同行还在地面上围着光纤线路反复折腾,试图突破百公里的传输瓶颈,看到“墨子号”的成果,不少国外科学家直呼“不可思议”。
他们花了几十年都没能实现的目标,中国只用了十几年就做到了。紧接着,2017年,世界首条量子保密通信干线“京沪干线”正式开通,全长2000余公里,连接起北京、上海等重要城市,实现了两地之间的量子保密通信,让我国量子通信进入了“天地一体化”时代。
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但科研人员并没有停下脚步,因为他们知道,“墨子号”和“京沪干线”虽然厉害,却还有一个致命的短板:无法实现大规模扩展。
而且量子信号在光纤里传输时,无法像普通手机信号那样放大,普通信号传输远了会衰减,加个放大器就能解决,但量子信号遵循“量子不可克隆定理”,一旦试图放大、复制,它的状态就会瞬间改变,信息也就毁了,这就导致量子信号在光纤里最多跑几十公里就会消失殆尽,根本无法实现远距离、大规模的网络覆盖。
这个难题,困扰了全球科研人员整整30年,美国、欧盟、日本等科技强国,投入了上百亿资金,组建了顶级科研团队,却始终无法突破。
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就在全球科研人员一筹莫展、甚至有人提出“放弃”的时候,我国潘建伟团队再次抛出“王炸”,一举破解了这个困扰世界30年的技术死结。
破解世界难题的核心技术
这也是本次我国量子网络突破的核心所在,成功构建出全球首个可扩展量子网络中继基本模块,相当于给量子网络装上了“接力棒”,彻底解决了量子信号“传不远、扩不开”的难题。
潘建伟团队精准攻克了这个核心痛点,他们通过自主研发的“长寿命囚禁离子量子存储器”,搭配高效率的离子-光子通信接口,以及高保真度的单光子纠缠协议,把量子纠缠的寿命,硬生生提升到了550毫秒。
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更厉害的是,这次突破不仅解决了“能不能接力”的问题,还顺手解决了“能不能安全接力”的问题——科研团队同时实现了百公里级的器件无关量子密钥分发,这项技术被誉为“密码学者千年来追寻的圣杯”,它的安全性,不依赖于任何设备的可靠性,只由量子力学的基本定律来保证。
简单说,哪怕你用的量子设备是从国外买来的,甚至是被黑客改装过、装了后门的,只要使用这项技术,生成的密钥就是绝对安全的,黑客就算拿到设备,也根本无法窃听、破解传输的信息。
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要知道,在此之前,全球范围内,器件无关量子密钥分发的传输距离,最多只能达到几公里,而且条件极其苛刻,根本无法实用化。
而我国团队直接把这个距离突破到了100公里,较国际此前的最好水平,提升了两个数量级以上,更关键的是,在100公里的光纤链路中,原子节点间的远程纠缠保真度,还能保持在90%以上。
这意味着,这项技术已经完全具备了实用化条件,未来可以直接部署在城市的电信网络中,为金融、政务、国防等各个领域,提供最顶级的通信安全保障。
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有人说,科技的竞争,本质上就是国家实力的竞争,这句话一点都没错。量子网络,作为下一代互联网的核心,谁掌握了它,谁就掌握了未来信息时代的话语权,谁就能在全球科技竞争中占据主动。
以前,我们总是被欧美国家在高科技领域“卡脖子”,从芯片到操作系统,从航空发动机到高端医疗器械,我们不得不依赖进口,看人脸色。
但现在,随着我国在量子网络、航天、高铁、5G等一系列高科技领域的突破,我们终于摆脱了“依赖进口”的困境,终于有了和欧美国家平等对话的底气,终于能向世界宣告:中国科技,早已不是当年的“吴下阿蒙”,中国已经成为全球科技进步的核心力量之一。
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这次量子网络的突破性成果,不是终点,而是起点。未来,我国科研团队还将继续攻关,进一步提升量子网络的传输距离和稳定性,推动量子网络从“实验室”走向“千家万户”,让更多人享受到量子科技带来的便利与安全。
同时,我国也将积极推动量子技术的国际合作,分享中国经验、中国成果,带动全球量子科技的共同进步,让量子网络成为造福全人类的“科技福音”。
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