海水量子通信实验成功 将引发潜艇通信革命

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      据科技日报报道：继早前中国科学技术大学潘建伟团队成功借助量子科学卫星“墨子号”向地面站分发量子密钥，将这种被喻为不可破解的加密法从理论层面推向实用领域，近日上海交通大学金贤敏团队再下一城，成功进行首个海水量子通信实验，向未来建立水下及空海一体量子通信网络迈出重要一步，待技术成熟，可望投放于百米量级潜艇水下保密通信用途。该成果发表在最新一期《光学快报》杂志上，并被列为编辑推荐。
　　目前，基于光纤和自由空间大气信道的量子通信已被证明可行。那么，海洋是否也适用量子通信呢?上海交通大学物理与天文系特别研究员金贤敏受访时解释，尽管相比光纤和大气，海水中悬浮物和盐度等对光子导致的散射和损耗效应要大得多，但其实海水也有一个光子传输时损耗较低的蓝绿窗口，且其能被商用单光子探测器探测到。因此，基于海水的量子通信理论上是可行的。
　　可抵受海水阻隔损耗
　　上海交大的实验团队在国际上首次通过实验，验证水下量子通信的可行性。他们在最新实验中观察到，光子极化量子态和量子纠缠可在海水中保持量子特性。过程中，他们选择光子的极化作为信息编码载体，并通过模拟证明，即使经历海水巨大信道损耗，只要有少量单光子存活下来，仍可被用于建立安全密钥。目前结果显示，水下量子通信可达数百米，虽然信道较短，但能对水下百米量级的潜艇和传感网络节点等进行保密通信，即使从水下几米深地方对卫星和飞行器进行保密通信，也比之前大有改善，料能在军事等领域“大显身手”。
　　如何提高潜艇水下通信效能是各国都在积极研究的课题。海水密度远高于空气，传统无线电波在水下传输距离非常有限，隐蔽于水下的潜艇为保证通信畅通不时接近甚至浮出水面，一旦被发现或遭反潜武器打击。
　　日媒憧憬伙华技术合作
　　目前，军用潜艇透过“甚低频”传送信息，每秒只能传递几百比特数据，极低频则更慢。据说，潜艇发送一组3个字母的信号约需时15分钟，收一封电报要半个小时，无法传递视频和大量监视数据。据悉，理论上水下量子通信技术输送速度达每秒170兆位元组(Byte)速率(近16万GB)，传输距离达水下数百米，可满足现代化信息战涉及大量情报和监视数据的要求。
　　金贤敏指出，目前只是朝水下量子通信迈出第一步，离实用化的水下、空海一体量子通信连线和网络还有一段距离，但“最新研究证明，实现量子通信技术的上天、入地、下海的未来图景可期”。
　　从发射全球首枚量子卫星“墨子号”，以至研制全球首台量子计算机，近年中国在量子科研领域领先全球各国。据凤凰网报道，对于由中国解决水下量子通信世界性难题，美媒称，这对水下救援、水下勘探、水下作业等具有革命性意义。日本媒体称，日本愿意与中国进行技术合作，从而推进这项技术走向一线产业带。欧洲媒体称冀中方不要在该领域进行技术封锁。
　　据凤凰网报道：近年，风靡全球电影及小说均以间谍战和破译密码为主要内容，西方电影《解码游戏》讲述二战期间，英国数学家图灵受英政府所托，在波兰人研究基础上破解了纳粹德国着名“恩格玛”加密装置，这项研究成功成为盟军扭转劣势的关键。号称不可破译的“量子密钥分发”加密法，与水下量子通信技术相结合，或为潜艇通信方式带来革命性转变。
　　据悉，目前潜艇使用随机生成的编码或“密钥”来加密信息，绝大多数情况下，这些密钥是潜艇和联络基地执行任务之前制作，只可使用一次。潜艇执行一次长时间任务前，必须带上许多密钥，潜艇使用频率极低无线电波发送信息，每秒只能传输几个字符，与外界通信方式无法摆脱“速度慢、容量少”的先天限制。
　　科学界认为，通过量子密钥分配，潜艇可把一个密钥加密成光子(利用光子的极性来代表“1”和“0”)，从而生成几近无法破解的密钥，并待在水面通过激光向卫星发射光子，然后再由卫星把光子传回地面基地。若水下量子通信技术的传输速度和安全性达到某一水平，料将彻底改变目前潜艇通信方式，为潜艇真正融入信息化作战体系创造条件。