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潘建偉領(lǐng)銜建成世界首個(gè)光量子電話網(wǎng)
2009-05-09 來源： 金華日?qǐng)?bào)
 潘建偉（中）與同事在做科學(xué)實(shí)驗(yàn),。
神秘的量子世界,。 東陽(yáng)籍年輕科學(xué)家潘建偉這幾天又成了新聞人物，他領(lǐng)銜的科研小組在實(shí)用化量子通信方面取得了重大進(jìn)展,，建成了世界上首個(gè)光量子電話網(wǎng),。這標(biāo)志著絕對(duì)安全的量子通信由實(shí)驗(yàn)室走進(jìn)了日常生活,，第一次真正展現(xiàn)了它的實(shí)用價(jià)值,。 5月8日中午，記者與潘建偉取得了聯(lián)系,，請(qǐng)他解答了一些問題,。
什么是光量子電話網(wǎng),？ 什么是光量子電話網(wǎng)？潘建偉說,，量子通信是利用了光子(光的最小單位)等粒子的“量子糾纏”原理,。在微觀世界里，不論兩個(gè)粒子間距離多遠(yuǎn),，一個(gè)粒子的變化都會(huì)影響另一個(gè)粒子的現(xiàn)象叫“量子糾纏”,，這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動(dòng)性”?？茖W(xué)家認(rèn)為,，這是一種“神奇的力量”，可成為具有超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算機(jī)和量子保密系統(tǒng)的基礎(chǔ),，這被稱為“愛因斯坦預(yù)言”,。從20世紀(jì)90年代開始，國(guó)內(nèi)外科學(xué)家一直致力于將量子通信理論進(jìn)行實(shí)用化的研究,。光量子電話網(wǎng)建成后,，將絕對(duì)安全通信的距離拓展到200公里。今年底,，研究小組還將把用戶間距擴(kuò)大,，基本覆蓋一座城市。 潘建偉介紹,，光量子電話網(wǎng)是在標(biāo)準(zhǔn)通用光纖的基礎(chǔ)上完成的一次實(shí)驗(yàn),，有3個(gè)節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間距（通信半徑）達(dá)到20公里,，覆蓋范圍為1000平方公里,。“我們這一次是小試,，接下來將試驗(yàn)5個(gè)節(jié)點(diǎn),，明年年底試驗(yàn)40個(gè)節(jié)點(diǎn),。” 據(jù)介紹,，量子通信是量子力學(xué)和經(jīng)典通信的交叉學(xué)科,，有著傳統(tǒng)通信方式所不具備的絕對(duì)安全特性，在國(guó)家安全,、金融等信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和前景,。 2003年，韓國(guó),、中國(guó),、加拿大等國(guó)學(xué)者提出了誘騙態(tài)量子密碼理論方案，徹底解決了真實(shí)系統(tǒng)和現(xiàn)有技術(shù)條件下量子通信的安全速率隨距離增加而嚴(yán)重下降的問題,，引起了廣泛關(guān)注,。2006年夏，潘建偉科研小組,、美國(guó)洛斯阿拉莫斯國(guó)家實(shí)驗(yàn)室,、歐洲慕尼黑大學(xué)-維也納大學(xué)聯(lián)合研究小組各自獨(dú)立實(shí)現(xiàn)了誘騙態(tài)方案，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了超過100公里的誘騙態(tài)量子密鑰分發(fā)實(shí)驗(yàn),。這三個(gè)實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)表在國(guó)際著名物理學(xué)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上,，真正打開了量子通信走向應(yīng)用的大門。 此后,，潘建偉科研小組針對(duì)量子通信實(shí)用化展開了攻關(guān)研究,，研制成功量子電話樣機(jī)，并在商業(yè)光纖網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,，組建了可自由擴(kuò)充的光量子電話網(wǎng),，節(jié)點(diǎn)間距達(dá)到20公里，實(shí)現(xiàn)了“一次一密”加密方式的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)通話和3方對(duì)講機(jī)功能,，真正實(shí)現(xiàn)了“電話一撥即通,、語(yǔ)音實(shí)時(shí)加密、安全牢不可破”的量子保密電話,。這項(xiàng)成果日前發(fā)表在《光學(xué)快遞》上,，把我國(guó)實(shí)用化量子通信的研究推向了國(guó)際領(lǐng)先的水平。
為什么量子通信絕對(duì)安全,？ 電報(bào)有密碼,，存在被破譯的可能。電子郵件的渠道也不可靠,?！岸霉饬孔与娫捑W(wǎng)，雖然跟平常打電話一樣,，卻不用擔(dān)心被竊聽,，相互之間通話絕對(duì)安全,。”潘建偉對(duì)記者說,，“我們光量子電話網(wǎng)為什么不怕竊聽,？主要是量子通話采用的是‘一次一密’的加密方式，兩人通話期間,，密碼機(jī)每分每秒都在產(chǎn)生密碼，牢牢‘鎖’住語(yǔ)音信息,；而一旦通話結(jié)束,，這串密碼就會(huì)立即失效，下一次通話絕不會(huì)重復(fù)使用,。而且,，量子通信所提供的密鑰無(wú)法被破解?！?/FONT> 見記者還是不太明白,，潘建偉又說：“因?yàn)樗谩畣喂庾印鳛樾畔⑤d體，產(chǎn)生密鑰,。我們將光打成一個(gè)個(gè)小包裹的形式釋放,，每一份就是一個(gè)光子，攜帶著信息,。竊聽者不可能只竊取單光子的一部分,，他要么將它全部竊走，要么不竊,。而只有單光子被合法用戶接收,，才會(huì)產(chǎn)生密鑰。與此相比,，光通信用的是很強(qiáng)的光,，竊走一些光子，信息就會(huì)全部泄露,?！?/FONT> 量子電話也有交換機(jī)、線路,，同樣可以實(shí)施竊聽,。怎么保密？對(duì)此,，潘建偉通俗地解釋說：“量子電話通話時(shí),，雙方的密鑰如果被別人偷竊過，通話雙方可以發(fā)覺,。沒有這個(gè)密鑰,，即使通信內(nèi)容被竊聽,，竊聽者也無(wú)從知道其實(shí)質(zhì)含義?！彼f,。 據(jù)介紹，量子通信不僅在軍事,、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的作用,，而且會(huì)極大地促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。自1993年美國(guó)IBM的研究人員提出量子通信理論以來,美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì),、國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局都對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究,歐盟在1999年集中國(guó)際力量致力于量子通信的研究,研究項(xiàng)目多達(dá)12個(gè),。日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。 “我們研究量子通信,，目的就是希望能夠?yàn)槿藗兊娜粘Ｉ罘?wù),。”潘建偉說,。他認(rèn)為,，等光量子電話網(wǎng)技術(shù)成熟，走向產(chǎn)業(yè)化,，帶來的肯定是一場(chǎng)通信技術(shù)的革命,。“到那個(gè)時(shí)候,，希望家鄉(xiāng)的企業(yè)能夠積極參與這個(gè)項(xiàng)目,。”
“愛因斯坦迷”如何破解“愛因斯坦預(yù)言”,？ 潘建偉1970年3月出生在東陽(yáng),，1995年獲中科大理論物理學(xué)士和碩士學(xué)位，后到維也納大學(xué)師從量子力學(xué)世界級(jí)大師塞林格攻讀博士學(xué)位,。2005年,，他與楊濤、彭承志等同事發(fā)表了題為《13公里自由空間糾纏光子分發(fā)：朝向基于人造衛(wèi)星的全球化量子通信》的研究論文,，引起了同行關(guān)注,，并讓人們看到實(shí)現(xiàn)全球化量子通信的可能性。 2008年,，潘建偉及同事利用冷原子量子存儲(chǔ)技術(shù),，首次實(shí)現(xiàn)了具有存儲(chǔ)和讀出功能的糾纏交換，建立了由300米光纖連接的兩個(gè)冷原子系統(tǒng)之間的量子糾纏,。這種量子糾纏可以被讀出,，并轉(zhuǎn)化為光子糾纏，以進(jìn)行進(jìn)一步的傳輸和操作，從而實(shí)現(xiàn)了首個(gè)“量子中繼器”,。歐洲物理學(xué)會(huì)在年度十大成就介紹中,，評(píng)價(jià)該成果為：“借助它，量子通信可以達(dá)到任意遙遠(yuǎn)的距離,?！薄蹲匀弧冯s志的評(píng)價(jià)是：“掃除了量子通信中的一大絆腳石?！?/FONT> 潘建偉這些成就的取得,，似乎和他從小的理想和愛好有必然的聯(lián)系。因?yàn)?，業(yè)內(nèi)所有人都知道,，偉大的科學(xué)巨人愛因斯坦，正是潘建偉從童年開始就崇拜的偶像,，他經(jīng)常把愛因斯坦的著作抱在胸前，雙目微閉,，似乎在與巨人對(duì)話,。上大學(xué)后，他熟讀了愛因斯坦的所有著作,，希望有一天能破解愛因斯坦提出理論但未論證的東西,。 早在中國(guó)科技大學(xué)讀書的時(shí)候，潘建偉因?yàn)橄矚g愛因斯坦,，同學(xué)就把愛因斯坦的姓“阿爾伯特”作為他的綽號(hào),，或者干脆簡(jiǎn)稱他為“伯特”。 在科幻小說《星際旅行》的故事中,，星球戰(zhàn)士從某一地點(diǎn)突然消失,，瞬間出現(xiàn)在遙遠(yuǎn)的另一點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)生活中,，我們可以辦到嗎,？“積以時(shí)日，能夠傳送人類本身,?！迸私▊フf，“但我們?cè)凇请H旅行’前,，一切的科學(xué)研究都首先要腳踏實(shí)地,。” 記者問他今后的研究工作是否還愿意和愛因斯坦一直“糾纏”下去,，繼續(xù)破解量子力學(xué)通信中的一些未解之謎,，他說：“我希望今后開展的研究工作能夠?qū)ψ罱K解決令愛因斯坦迷惑一輩子的‘量子力學(xué)非定域性’有所幫助?！?/FONT> “歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們,，基礎(chǔ)科學(xué)研究總有一天會(huì)被利用,，量子力學(xué)也不例外?！迸私▊フf,。量子論創(chuàng)立于1900年，沒想到1995年就找到了新的應(yīng)用領(lǐng)域,。一個(gè)是量子計(jì)算機(jī),，其速度將比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)快幾萬(wàn)億倍，甚至幾億億倍,；另一個(gè)就是量子通信,，這項(xiàng)研究很有希望產(chǎn)業(yè)化。 “等技術(shù)成熟以后,，希望能在這個(gè)項(xiàng)目上對(duì)家鄉(xiāng)有所回報(bào)”,。潘建偉開心地說。 |
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