量子卫星太空竞赛,美国落后中国胜出?
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量子卫星太空竞赛,美国落后中国胜出?

能进行量子卫星传输的国家,将拥有许多新优势,代表它能替存放在次原子粒子中的高度敏感机密,进行加密。

如有任何人想要测量这个粒子,便会改变粒子的特性,一旦信息被黑,情报机关便能立刻得知。也许在不久的将来,詹姆斯庞德和MI6便会透过卫星传递的光束,来回传送密码。

因此,“许多研究团体正在建造可供卫星承载的量子传输设备”,加拿大安大略省滑铁卢大学物理学家Thomas Jennewein表示,“基本上,现在各国已经展开了量子卫星的太空竞赛。”

虽然日本研究人员计划在2014年发射一枚名为苏格拉底(Socrates)的雷射通讯卫星,同时在此卫星上进行小型的量子实验,但中国却是唯一一个计划发射量子通讯专属卫星的国家。

中国科学技术大学上海研究院物理学家陈宇翱表示,中国的卫星将进行多项量子传输技术的可行性实验,包括研究量子金钥分配(quantum key distribution)、纠缠态分享(entanglement distribution)和量子传输等。他的团队在潘建伟教授领导下,成功创下最新的量子传输距离纪录。不过,目前所面临的最大困难,是如何将实验中使用的大型设备加以缩小。

接下来的数年之内,中国太空机构计划投入5.54亿美元,赞助五枚科学卫星,其中之一将专门用于量子通讯。

这将成为中国新的发展方向。虽然目前尚不知道量子通讯计画的预算规模为何,但Zeilinger预估,可能介于5千万到1亿美元之间。但在此同时,欧洲和加拿大却缩减了量子通讯实验的预算。

这将是中国的优势。

不少研究团队排队想与中国合作,同时利用中国卫星进行量子传输研究。“我们已经与奥地利签订协议,当卫星通过奥地利时,让予当地研究人员使用”,陈宇翱说,“德国、加拿大、意大利和其他团队,都想参与此项计划。”

不过,在这一波竞赛当中,美国近来却因国内相关计划陷入混乱而缺席了。

2008年美国曾历经一波计划重整,新创立的情报先进研究计划署(Intelligence Advanced Research Projects Activity,IARPA)——像是专门为间谍所设的高级研究规划局(DARPA)——自国家安全局及国家标准与技术研究院手中,接下量子计算研究基金之后,就宣布不再资助各项量子通讯研究计划,只因为不想赞助其他机构主导的计划。

“首当其冲的影响,就是量子通讯计划陷入混乱,最后大部分的研究只好宣告终结”,新墨西哥州Los Alamos国家实验室物理学家Richard Hughes说。当时许多量子通讯研究人员相当沮丧,甚至致函给白宫科学技术政策办公室主任John Holdren表达关切。

今年,美国政府机关又重新燃起对这项研究的兴趣。“他们已落后4年之久,其他国家可没光站在那儿等着”,Hughes说,“尤其是中国,过去四、五年来在国际科学领域中,益发强大,进步飞快。”

为了在量子通讯领域中位居上风,所有利益攸关的国家,都竞相发展相关科技。除了研究如何缩小量子传输机器的体积、送它们上卫星之外,工程人员也正在努力让它们能24小时运作。目前量子传输实验只能于晚上进行,因为白天的太阳光会“洗掉”研究人员传送的讯息。

“远距传输量子讯息和进行量子计算的最大挑战,在于如何保存好量子讯息”,Bonnett说。既然在进行传输时,光子甚至在0点几秒之内就会被大部分的媒介素材吸收,因此如何延长它的保存期限,将是一大挑战。

除了积极研究之外,各国也都密切注意着彼此之间的最新发展。

“我们并非担心,但当然会睁大眼睛密切注意,而且会和不同的研究团体交流一下”,Jennewein说,“我们知道,如要及早卡位,就必须不断进步。”

Ursin认为,如果他的奥地利团队能获得足够资金,预计在4到5年内,便可发展新的实验。但Hughes却承认,要推动量子传输普及化,让一般人在日常生活中都能使用,还有很长的一段路要走。

也许再过短短十年,量子传输便可克服技术层面问题,得以实现,但并非所有新的科技,一出来便立刻被采用。例如手机技术,虽然早在40年前就已经发展出来,却一直被视为是笨重无用的物件,直到近期才成为不可或缺的生活用品。尽管如此,研究人员已准备好,迎接新一波的突破。

“对我们来说,这些新科技未来会不会被使用,并不是问题。问题在于,它们何时、以何种方式、在何处可以成为日常必需品”,Jennewien说。




via i黑马 BY wired

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