中國海水量子通信實驗成功 將引發潛艇通信革命

　　大公網8月29日訊 據科技日報報道：繼早前中國科學技術大學潘建偉團隊成功藉助量子科學衛星「墨子號」向地面站分發量子密鑰，將這種被喻為不可破解的加密法從理論層面推向實用領域，近日上海交通大學金賢敏團隊再下一城，成功進行首個海水量子通信實驗，向未來建立水下及空海一體量子通信網路邁出重要一步，待技術成熟，可望投放於百米量級潛艇水下保密通信用途。該成果發表在最新一期《光學快報》雜誌上，並被列為編輯推薦。

　　目前，基於光纖和自由空間大氣通道的量子通信已被證明可行。那麼，海洋是否也適用量子通信呢?上海交通大學物理與天文系特別研究員金賢敏受訪時解釋，儘管相比光纖和大氣，海水中懸浮物和鹽度等對光子導致的散射和損耗效應要大得多，但其實海水也有一個光子傳輸時損耗較低的藍綠窗口，且其能被商用單光子探測器探測到。因此，基於海水的量子通信理論上是可行的。

　　可抵受海水阻隔損耗

　　上海交大的實驗團隊在國際上首次通過實驗，驗證水下量子通信的可行性。他們在最新實驗中觀察到，光子極化量子態和量子糾纏可在海水中保持量子特性。過程中，他們選擇光子的極化作為信息編碼載體，並通過模擬證明，即使經歷海水巨大通道損耗，只要有少量單光子存活下來，仍可被用於建立安全密鑰。目前結果顯示，水下量子通信可達數百米，雖然通道較短，但能對水下百米量級的潛艇和感測網路節點等進行保密通信，即使從水下幾米深地方對衛星和飛行器進行保密通信，也比之前大有改善，料能在軍事等領域「大顯身手」。

　　如何提高潛艇水下通信效能是各國都在積極研究的課題。海水密度遠高於空氣，傳統無線電波在水下傳輸距離非常有限，隱蔽於水下的潛艇為保證通信暢通不時接近甚至浮出水面，一旦被發現或遭反潛武器打擊。

　　日媒憧憬伙華技術合作

　　目前，軍用潛艇透過「甚低頻」傳送信息，每秒只能傳遞幾百比特數據，極低頻則更慢。據說，潛艇發送一組3個字母的信號約需時15分鐘，收一封電報要半個小時，無法傳遞視頻和大量監視數據。據悉，理論上水下量子通信技術輸送速度達每秒170兆位元組(Byte)速率(近16萬GB)，傳輸距離達水下數百米，可滿足現代化信息戰涉及大量情報和監視數據的要求。

　　金賢敏指出，目前只是朝水下量子通信邁出第一步，離實用化的水下、空海一體量子通信連線和網路還有一段距離，但「最新研究證明，實現量子通信技術的上天、入地、下海的未來圖景可期」。

　　從發射全球首枚量子衛星「墨子號」，以至研製全球首台量子計算機，近年中國在量子科研領域領先全球各國。據鳳凰網報道，對於由中國解決水下量子通信世界性難題，美媒稱，這對水下救援、水下勘探、水下作業等具有革命性意義。日本媒體稱，日本願意與中國進行技術合作，從而推進這項技術走向一線產業帶。歐洲媒體稱冀中方不要在該領域進行技術封鎖。

　　引發潛艇通信革命

圖：圖為金賢敏在「光子集成與量子信息」實驗室工作\網路圖片

　　據鳳凰網報道：近年，風靡全球電影及小說均以間諜戰和破譯密碼為主要內容，西方電影《解碼遊戲》講述二戰期間，英國數學家圖靈受英政府所託，在波蘭人研究基礎上破解了納粹德國著名「恩格瑪」加密裝置，這項研究成功成為盟軍扭轉劣勢的關鍵。號稱不可破譯的「量子密鑰分發」加密法，與水下量子通信技術相結合，或為潛艇通信方式帶來革命性轉變。

　　據悉，目前潛艇使用隨機生成的編碼或「密鑰」來加密信息，絕大多數情況下，這些密鑰是潛艇和聯絡基地執行任務之前製作，只可使用一次。潛艇執行一次長時間任務前，必須帶上許多密鑰，潛艇使用頻率極低無線電波發送信息，每秒只能傳輸幾個字元，與外界通信方式無法擺脫「速度慢、容量少」的先天限制。

　　科學界認為，通過量子密鑰分配，潛艇可把一個密鑰加密成光子(利用光子的極性來代表「1」和「0」)，從而生成幾近無法破解的密鑰，並待在水面通過激光向衛星發射光子，然後再由衛星把光子傳回地面基地。若水下量子通信技術的傳輸速度和安全性達到某一水平，料將徹底改變目前潛艇通信方式，為潛艇真正融入信息化作戰體系創造條件。