探測能源、跨洲安全通信……你所想不到的量子技術！

近年來

我國大力發展量子通信等量子技術

那麼量子技術有何用途？

量子通信更安全

現在有線通信主要有兩類媒體：電纜和光纖。比如Alice打電話給Bob，二者為合法使用者。但系統中的竊聽者Eve，隻需要把類似萬用表或者示波器一樣的東西，接在Alice和Bob之間就能輕松竊聽，而二人還毫不知情。

光纖通信也會被竊聽。原理是通過将光纖彎曲，使得部分光信号外洩，并被相應的探測器探測到。而且，竊聽所導緻的損耗會淹沒在環境變化裡，無法被察覺。

也就是說，光纜通信和光纖通信存在竊聽手段簡單、竊聽者無法被察覺兩大問題。

但量子通信技術可以解決這一問題！它具有極高的安全性，難以被侵入。

中國量子衛星首席科學家潘建偉院士介紹，如果說地面量子通信建構了一張連接配接每個城市、每個資訊傳輸點的“網”，那麼量子科學實驗衛星就像一杆将這張網射向太空的“标槍”。當這張縱橫寰宇的量子通信“天地網”織就，海量資訊将在其中來去如影，并且“無條件”安全。

量子鐘更精确

普通人一般是不會介意自己的手表快了半分鐘，還是慢了十幾秒。但是，如果是像美國海軍氣象天文台那樣為一個國家的時間負責，那麼這半分半秒的誤差都是不被允許的。好在這些重要的組織機關都能夠依靠原子鐘來保持時間的精準無誤。這些原子鐘比之前所有存在過的鐘表都要精确。其中最強悍的是一台铯原子鐘，能夠在2000萬年之後，依然保持誤差不超過1秒。

對于這些極度精準的原子鐘來說，導緻誤差産生的最大敵人，是量子噪聲。它們能夠消減原子鐘測量原子振動的能力。現在，來自德國大學的兩位研究人員已經開發出通過調整铯原子的能量層級來抑制量子噪聲程度的方法。它們目前正在試圖将這一方法應用到所有原子鐘上去。

通過捕獲原子和離子，制造前所未有的高精度計時器。

超精密溫度計

和量子鐘一樣，需要極低溫度環境的材料實驗室，精密溫度計可以在其中大展身手。

耶魯大學的研究人員發明了一支可以對付這些情況的神奇溫度計。它不僅能在極端環境中保持堅挺，更能夠提供無比精确的數值。科學家們借助量子隧道得到了自己想要的答案。就像鑽入山體内部而不是在其表面爬上爬下，粒子在穿越勢壘的過程中，産生出了量子噪聲。使用研究團隊的量子溫度計去測量這些噪聲，便能夠精确地得出實驗物體的溫度。

量子成像

通過對單個光子進行探測和計數，來突破傳統相機的各種限制。全新的成像技術甚至可以穿過濃霧、看透牆壁。

量子傳感器

量子傳感器相比于傳統産品則實作性能上的“大躍進”：在靈敏度、準确率和穩定性上都有了不止一個量級的提高。也正是以，它的應用場景也變得更加多樣，例如在航空航天、氣候監測、建築、國防、能源、生物醫療、安保、交通運輸和水資源利用等尖端領域都實作了量子傳感器的商業化應用。

而量子傳感器的發展并非是一項技術上的單點突破，它帶動的是整個生态系統的建立和完善，從工程測量到資料可視化解析，各領域即将湧現的大量工作機會都表明這一趨勢已經越來越清晰。

量子計算機

量子計算機将完成傳統計算機所無法想象的任務。以IBM的超級計算機Blue Gene為例，它需要花費上百萬年才能破解某些普通的資料加密，而量子計算機隻需要幾秒。此外，未來的量子計算機還将幫我們合成出各種具有全新性能的材料。

京滬幹線

京滬幹線于2017年9月29日正式開通，是連接配接北京、上海，貫穿濟南和合肥全長2000餘公裡的量子通信骨幹網絡，并通過北京接入點實作與“墨子号”的連接配接，是實作覆寫全球的量子保密通信網絡的重要基礎。

簡單來說，它是實作遠距離量子通信的兩條技術線，好比高鐵和飛機是實作遠距離交通的兩條技術線。

京滬幹線把中繼器建在地上，而量子衛星相當于用衛星作中繼器。量子衛星不在同步衛星的軌道上，它相對于地面的是時刻在變化的。你可以這一段時間讓衛星跟合肥通信，下一段時間跟上海通信，再下一段時間跟歐洲通信。通過衛星的中繼，就能實作跨省甚至跨洲的量子通信。

“京滬幹線”将推動量子通信在金融、政務、國防、電子資訊等領域的大規模應用，建立完整的量子通信産業鍊和下一代國家主權資訊安全生态系統，最終建構基于量子通信安全保障的量子網際網路。

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原文釋出時間為：2018-03-10

本文作者：上海微生活

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