王月亮

2016年8月16日，當(dāng)中國奧運(yùn)健兒在巴西里約熱內(nèi)盧為國爭光時，酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心用長征二號丁運(yùn)載火箭，將世界上首枚科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，在通信技術(shù)領(lǐng)域?yàn)橹袊昧艘幻督鹋啤?/p>

“墨子號”的成功發(fā)射，將我國自主研發(fā)的量子通訊設(shè)備帶上了太空，它將產(chǎn)生并發(fā)出光量子，與地面信號接收系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)“針尖對麥芒”式超高精度對接。這意味著一個通信新時代——量子通信時代即將到來。全世界的通信方式，在不久之后都將發(fā)生翻天覆地的變化。

通信界的新霸主——量子通信

1993年，美國科學(xué)家貝內(nèi)特率先提出了量子通信的概念，此后，世界各國就掀起了一場在量子通信領(lǐng)域的科技競賽。

量子，是目前已探測到的微觀物理世界中最小的單位，它小到無法分割，卻存在許多不可思議的“特異功能”。

比如，快是量子的一大特色。兩個量子間的信息傳播速度，竟然可以達(dá)到光速的一萬倍！這是什么概念？太陽與地球的距離大約為1.5億千米，一束太陽光照射到地球表面需要大約8.3分鐘，而這么長的距離，兩個量子間的信息傳播只需0.048秒。愛因斯坦他老人家生前怎么也不信世上還有比光速更快的速度，但量子這匹速度界的黑馬，終于還是被后世的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了。

量子還有一項(xiàng)“特異功能”，那就是不可測量。它非常頑皮，一直處于飛速運(yùn)動狀態(tài)，如果科學(xué)家用工具控制它、非要它停下來對它進(jìn)行觀察和測量，它就會改變原來的屬性——這一招式可形容為“魚死網(wǎng)破”“同歸于盡”。你不是要觀察我嗎？好呀，來吧，反正我已經(jīng)不是原來的我了！

量子的這些“特異功能”，讓科學(xué)家們看到了量子通信的無量前途——幾乎零損耗、零延時的超快速度；絕佳的保密性能——光是這兩點(diǎn)，就足以將傳統(tǒng)通信秒殺。

近二十多年來，在各國科學(xué)家的共同努力下，量子通信技術(shù)已取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展。而“墨子號”成功發(fā)射后，將借助衛(wèi)星平臺，進(jìn)行星地高速量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行廣域量子密鑰網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。它是空間量子通信實(shí)用化的一次重大嘗試。如果實(shí)驗(yàn)成功，人類又向量子通信時代邁進(jìn)了一大步。

不可破解的量子密鑰

在通信領(lǐng)域，“密鑰”一詞司空見慣。顧名思義，“密鑰”就是“秘密的鑰匙”，它是在明文轉(zhuǎn)換為密文或?qū)⒚芪霓D(zhuǎn)換為明文的算法中輸入的參數(shù)。然而“一物克一物”，容易受黑客威脅是密鑰的死穴。盡管密鑰經(jīng)歷了人工加密、機(jī)械編碼、計算機(jī)編碼的不斷更新迭代，但“棱鏡門”“蘋果門”事件，足以暴露現(xiàn)有密鑰的不安全性。

那么，世界上究竟有沒有一把誰都無法破解的密鑰呢？

有！它就是量子密鑰。

量子密鑰，是量子通信坐上通信“霸主”交椅的關(guān)鍵性技術(shù)之一。與傳統(tǒng)密鑰相比，量子密鑰的不二法門，就是將數(shù)字密碼儲存到特殊的量子信息中，并在量子線路中傳輸。由于量子具有不可被測量的“天性”，當(dāng)黑客想暗中破解包含在量子中的密碼時，被改變的量子會立刻做出反應(yīng)，將它所包含的信息全部自動清空！這么一來，黑客們就跟一個費(fèi)勁撬開門，然后發(fā)現(xiàn)屋子里空無一物的小偷一樣，最終一無所獲。

我們可以展望，在不久的未來，人們的手機(jī)、電腦等通信移動設(shè)備都將帶有“量子密鑰”，因此不必再擔(dān)心通話被竊聽、移動設(shè)備內(nèi)信息被盜。哪怕手機(jī)和電腦丟失，也不會再有泄密的隱患。而那時的“黑客”，恐怕將成為世界上最不景氣的一個職業(yè)——想窺探信息？問問“量子”同不同意！

飛一般的量子通信網(wǎng)絡(luò)

量子通信想要成為通信界的奧運(yùn)全能健兒，做到信息傳播上的“更高、更快、更強(qiáng)”，還得有另一把“刷子”：量子糾纏。

量子糾纏，是量子間的一種神奇的關(guān)系，理論上，有共同來源的兩個量子，無論它們被分隔多遠(yuǎn)，哪怕隔著一個太陽系，只要一個量子發(fā)生變化，另一個量子就會立刻感應(yīng)到，并且發(fā)生相應(yīng)變化。量子間這種完全沒有隔膜、千山萬水也阻隔不斷的“心靈感應(yīng)”，證實(shí)了宇宙空間里愛因斯坦所稱的“幽靈般的超距離作用”，同時，它引起了科學(xué)家們的無限遐想：依賴量子糾纏，在未來世界，我們是否就可以實(shí)現(xiàn)星系間的信息傳播呢？

盡管要實(shí)現(xiàn)跨星系的通信目前看來還“路漫漫其修遠(yuǎn)兮”，但在地球上實(shí)現(xiàn)量子通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋，卻是近在眼前的事了。目前，中國已建立南、北、西多處近地空間科學(xué)衛(wèi)星接收站，并已規(guī)劃將在2020年，實(shí)現(xiàn)亞洲和歐洲之間的洲際量子密鑰分發(fā)。在2030年，建成全球化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。

如果這一切都能順利進(jìn)展，量子通信網(wǎng)絡(luò)時代將不再是夢。到時候，人人都能體驗(yàn)飛一般的網(wǎng)速，網(wǎng)絡(luò)卡殼的時代將一去不復(fù)返。

量子芯片，讓VR時代不是夢

你是否想過，有朝一日只要戴上一副小巧的眼鏡，就會想去哪里就去哪里，哪怕是穿越時空去到侏羅紀(jì)公園？

你是否想過，當(dāng)你想念出差的爸爸媽媽時，只要用手在空中輕輕一劃，他們就會立刻出現(xiàn)在你面前？

你是否想過，從未來的某一天起你再也不用為感冒、發(fā)燒而跑醫(yī)院，一個可以隨身攜帶的私人醫(yī)生可以時刻照顧你的健康，一旦你的身體出現(xiàn)問題，它就會立即幫你修復(fù)？這不是白日做夢。對人類來說，科技一向是現(xiàn)實(shí)通向想象的階梯。只要我們能成功研發(fā)出高速度、高儲存、高智能的量子芯片，以上種種幻想都可能變成現(xiàn)實(shí)。

“量子芯片”，顧名思義，是應(yīng)用了量子技術(shù)的信息儲存設(shè)備。目前，科學(xué)家正在研究將石墨烯量子應(yīng)用到電腦芯片中，一旦實(shí)驗(yàn)成功，擁有“量子大腦”的未來計算機(jī)，其運(yùn)行速度有望達(dá)到目前的數(shù)萬億倍！到時候，別說現(xiàn)在的傳統(tǒng)電腦在量子電腦跟前要被秒殺，就是人腦，恐怕也要甘拜下風(fēng)了。

量子芯片的應(yīng)用，還使VR時代的到來變得可能。VR就是虛擬現(xiàn)實(shí)。要實(shí)現(xiàn)完美的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)，計算機(jī)必須每秒處理高達(dá)5.2Gbit的數(shù)據(jù)量，時延要低于20ms，而目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和硬件設(shè)備，并不足以支撐完美的虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)?？墒?，當(dāng)超快無損的量子通信網(wǎng)絡(luò)和量子芯片成為現(xiàn)實(shí)，那么，VR時代很快就會到來！

如果再配上4DVR眼鏡，那就更是妙不可言了！到時，人們可以看到任何想看到的，可以足不出戶游遍世界各地；可以隨時隨地觀看精彩的球賽，感覺就跟坐在比賽現(xiàn)場一樣；甚至還可以伸出手去撫摸眼前可愛的小狗——當(dāng)然，它不會咬你，也不會被你抱起來，因?yàn)樗翘摂M的。

而當(dāng)量子芯片遇上生物科技，它們還將碰撞出一朵名叫“量子生物芯片”的火花，它將通過芯片頻率轉(zhuǎn)換，發(fā)射與人體生物電相協(xié)調(diào)的無線電，利用頻率共振原理，與人體生物電發(fā)生和諧共振，促進(jìn)人體的氧氣補(bǔ)給、養(yǎng)分供應(yīng)、毒素外排，并且?guī)椭梭w實(shí)現(xiàn)細(xì)胞和各個系統(tǒng)的自我修復(fù)。

盡管量子通信、量子芯片等技術(shù)目前還不夠成熟，從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H應(yīng)用仍有待時日，但我們有理由相信，一個全新的、更智能、更快捷、更安全、更健康的量子時代，正在一步步向我們走來！