中国实现量子卫星通信有什么优势？

1. 中国实现量子卫星通信有什么优势？

近日媒体报道：中国实现量子卫星通信 奠定世界先发优势

全球第一颗量子科学实验卫星“墨子”号10日再次刷屏。这颗卫星的首席科学家、中国科学技术大学潘建伟院士领导的中科院联合研究团队当天向外界又抛出一项重大成果——“墨子”号在国际上第一次成功实现“千公里级”星地双向量子通信。这也意味着中国的“墨子”号量子卫星，已提前完成预先设定的三大科学目标。
英国《金融时报》10日报道说，知名科学期刊《自然》当天发表了中国科学家潘建伟带领的研究团队的实验总结。他们表示，这些通信是在中国中西部的地面站和去年发射的一颗卫星之间进行的，传输距离长达1400公里。这些科学家写道：“以前，长距离(量子)传送实验的距离上限是100公里级。”文章称，中国科学家日前实现了地面与在轨卫星的首次量子通信，向建立“无法破解”的全球通信网络又迈进了关键一步。

“这一结果真的很了不起。”上海纽约大学量子物理学家蒂姆·伯恩斯10日向《金融时报》称赞中国在量子通信方面取得的新成果。伯恩斯说，在中国的这些成功实验之前，量子通信的最长传输距离为143公里。这些实验所涉及的耗资1亿美元的“墨子”号卫星于2016年8月成功发射。中国科学家希望不晚于2021年夏发射第二颗量子通信卫星。
报道说，与能被暗中窃听的传统通信不同，任何人尝试窃听量子通信都会产生可被量子通信网络用户察觉的干扰。研究团队成员、中国科学技术大学教授彭承志表示，“中国现在是量子通信技术的全球领跑者，并正积极与来自奥地利、德国和意大利的该领域科学家合作。中国将在未来5年引领量子空间竞赛。”

英国广播公司(BBC)称，这一先进项目背后还有一个更大的背景：在这项西方长时间以来一直犹豫要不要投资的技术上，中国现在正走在前头。中国推进量子通信技术，意味着这个国家正在大踏步发展那些可能令互联网更安全的应用。其他国家可能在不久后就会发现，他们要向中国购买这些应用。英国伦敦帝国理工大学教授金明湜称，“很长时间以来，人们根本不认为有这种需求”，“当前的编码系统已经非常复杂，人们曾认为这种新技术没有用。”
科技与战略风云学会会长袁岚峰10日接受《环球时报》采访时表示，中国在量子通信卫星领域处于全球独一无二、绝对领先的地位。日本和德国在研究相关的技术，但还没有实现星地之间的量子通信，在全球范围内没有能与“墨子”号比较的项目，其他国家都在以“墨子”号为标准。袁岚峰认为，“墨子”号所包含的技术门槛非常高，这是其他国家还没有达到同等水平的原因。“这颗卫星不是地球同步卫星，相对于地面在高速运动。卫星和地面站之间对准的难度，相当于在50公里外把1枚1角硬币扔进1列全速行驶的高铁上的矿泉水瓶里。而且为了满足量子通信的要求，卫星的一个光脉冲只能发一个光子。以这么高的对准精度，接收这么弱的光信号，这是多么大的挑战!”
不过，伴随量子通信这一高端科技的并非只有掌声，也伴随着一些质疑。有人质疑量子通信在受到干扰时就会中断，这样的系统或将最终沦为摆设;也有业内人士认为，量子通信的原理是错误的;还有观点认为，既然量子通信优势如此明显，为什么欧美对此漠不关心？对此，袁岚峰认为，量子通信的根本目的是保密而非通畅，这一点发挥出来已经足够;对于量子通信原理错误的指责，袁岚峰认为，指责者并未给出任何实验证据，只凭主观臆断是不严肃的;对于欧美在此领域的发展，袁岚峰称，欧美传统技术强国正在加大对量子通信的投入，而中国历经多年发展和积累在量子通信领域异军突起也并不算意外。

在技术层面，“墨子”号将中国的信息保密技术提升到前所未有的高度，奠定了中国在该领域的世界先发优势。

2. 实现量子卫星通信是怎样实现的？

量子卫星通信可以说是目前非常先进的一种通信方式，而且在人们的日常生活中，虽然你感觉接触不到，但是无时无刻不出现在人类的生活中。而他之所以能够出现，其实是由于如今的科学技术进步和科学家的共同努力才推动的。量子卫星其实本身就是由于科学研究所研发出来的一种新型的产品，而它是一种发送到太空之中，通过看不见摸不着的量子来进行操控通讯的。这其中其实包含了非常多的科学元素，而且也是由科学技术来进行操控的。所以说，如今我们能够用上如此高级的量子卫星通信，也是得益于科学技术的不断进步。所以说，这都要感谢科学家们这么多年来敬业的研究才推动了如今我们的通信是这么的稳定。而量子卫星的实现，其实不仅仅是依靠科学技术的推动，而且也是得益于太空的环境。其实太空虽然说神秘莫测，但是也是有不少可以供人类利用的地方，就比如说我们把卫星发射到太空之中，它就可以实现和地球的互通有无。而太空虽然说不是人类可以掌握的，但是我们发射的卫星却拥有了一个可供容纳的场所，因此太空其实是最好的一个导电体，能够让我们的通信信号通过太空这个媒介和卫星联合在一起，更加方便我们的使用。而且量子卫星也是通过这么多年的时间沉淀才能一步步往前进的。一开始量子卫星通信也是一个不稳定的存在，但是如今经过时间的沉淀，多年来的修补，我们终于对量子通信有了一定的了解和研究，所以才能够发展成如今这个地步。因此，时间和努力就是能够发展量子通信最好的武器。相信在未来，量子卫星通信一定会更上一层楼的。

3. 量子通信卫星有哪些先进之处

发射时间2016年03月04日，全国政协委员，中科院院士潘建伟介绍，中国研制的世界首颗量子通信卫星也将在2016年七月发射，从而形成一个天地一体化的量子通信网络。[1]这是世界首个量子通信卫星。量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式。量子通讯是近二十年发展起来的新型交叉学科，是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信主要涉及:量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等，近来这门学科已逐步从理论走向实验，并向实用化发展。高效安全的信息传输日益受到人们的关注。基于量子力学的基本原理，并因此成为国际上量子物理和信息科学的研究热点。量子通信卫星就是通过卫星，连接地面光纤量子通信网络，形成天地一体化的量子通信网络。它具有保密性超强（目前理论上不能破解）、量子传态等特点，是世界通信发展的方向。

4. 什么是量子通信卫星

量子通讯卫星：一种传输高效的通信卫星

5. 量子通讯卫星的通讯优势

由于量子信号的携带者光子在外层空间传播时几乎没有损耗,如果能够在技术上实现纠缠光子再穿透整个大气层后仍然存活并保持其纠缠特性,人们就可以在卫星的帮助下实现全球化的量子通信。

6. 量子通信卫星究竟要干啥

作为中国最年轻的院士，潘建伟还有一个身份是全国政协委员，在两会期间，他被记者问到最多的东西，当然就是量子通信和量子计算机。虽然量子计算机现在还没有什么好谈，但量子卫星马上就要上天了。
在接受中国青年报采访时，潘建伟透露，我国研制的世界首颗量子通信卫星有望在今年7月发射，相应地，量子保密通信“京沪干线”，也将在今年下半年全线开通。
这意味着一个‘天地一体化’的量子通信网络将初步形成，也意味着自上世纪80年代起，至今历经30多年的量子信息研究，终于走向实用。这种卫星和地面之间的量子通信，在全球范围也将是首次实现。
潘建伟说，在不久的将来，量子通信就能进入千家万户。希望通过十年左右的努力，将来每个人在互联网上进行的转款、支付等消费行为，都能够享受到量子通信的安全保障。
很多人看到这里，也就很明白了，就是说中国科学家很厉害，总是能搞出大新闻。但是关于量子通信究竟是什么东西，有没有这么牛，是不是存在什么问题，就没有多少人关心了。
不过我们还是要多说几句。梦想总是要回归现实，人不可能总是活在大新闻里面。
首先要明确的一点，就是量子通信其实不是通信。
虽然中国现在的量子通信手段、技术乃至产业化进程已经走在世界前列，但是不管是中国科学家还是国外同行所言的量子通信，并不是传统意义上的对数据进行直接通信，而主要是给传统的数据通信加上量子密钥。
说白了，就是用量子密钥替代目前的公钥加密技术，上周公布的2015年度图灵奖，就是颁给了发明公钥加密技术的两位美国科学家。
公钥加密技术，简单的说，就是拿两个很大的质数A和B进行乘积，然后把这个乘积作为公钥进行加密，然后用质数A或B进行解密。虽然得到A和B的乘积很容易，但是要直接从这个乘积分解成两个质数，就非常非常难。
但是随着计算能力的不断提高，尤其是基于量子计算机的shor算法的出现，让基于大数因子分解的公钥加密技术，变得越来越脆弱。
这就是为什么，在通信技术如此发达的今天，各国间涉及政治外交、军事安全的大部分机密信件和物品，仍然通过最传统的方式——外交信使来传递。即便是再高级的保密通信，只要是通过当前的电话线、无线电、光纤等手段，都会面临被破译和窃听的可能。
这时候，就需要量子密钥发挥作用了。这种方法，是上世纪90年代美国IBM公司沃森实验室的查尔斯·本内特等人提出来的，由A向B发射一系列不同偏振态的光子，B对其进行随机测量，然后选取符合A要求的测量结果作为密码。在验证密码的过程中，如果存在窃听行为，可以从测量结果的错误率中发现。
实际上，量子密钥就是在A和B之间共同生成一串只有他们两边知道的随机数，然后用这个随机数来加密。
本内特等人在IBM成功研制出世界上第一台量子密钥分发的原型样机，但是它的工作距离仅为32厘米。此后，各国的科学家，逐步将量子密码在光纤中传输的距离推进到几十甚至上百公里，并尝试在自由空间中进行传递并取得成功。
理论上，量子密钥分发克服了经典加密技术内在的安全隐患，是迄今为止惟一被严格证明是无条件安全的通信方式。
2009年，潘建伟的研究组与清华大学合作，在北京八达岭与河北怀来之间成功实现了世界上最远距离的量子态隐形传输，16公里的距离相当于此前世界记录的27倍。
当年10月1日，在建国60周年国庆阅兵期间，潘建伟团队在关键节点间构建量子通信热线，用于重要信息传送保障。
美国《时代》周刊曾经报道称，中国科学家在量子通信研究上创造了世界记录，解放军能在瞬间传送军事信息而不被破坏或拦截。通过这项保密力度极强的科技应用，能大幅度提高解放军的指挥和控制能力，使得中国在信息战方面的能力超越美军。　
量子科学实验卫星的目标是实现高速星地量子密钥分发，实现北京和乌鲁木齐之间的量子保密通信，实现星地量子纠缠分发，并且计划在德令哈和丽江之间实现距离远达1200公里的大尺度量子非定域性检验，还将在卫星和阿里之间实现星地量子隐形传态。
当然，相对于可以传递文件、语音、视频的经典通信方式，目前科学家所说的量子通信，还主要是一种传输密钥的方式，在数据传输容量上与经典通信相比还有较大的差距。由此，全球学界对量子通信存在一些争议声音，比如量子密钥传输能不能称为量子通信。
对此，潘建伟指出，国际上把量子隐形传态、量子纠缠交换和量子密钥分发等几种技术统称为量子通信（Quantum Communication）。量子通信并非狭义化的概念，是指用量子态来传递信息，所传递的信息可以是经典信息，也可以是量子信息。
但是中科大量子信息重点实验室主任郭光灿院士就认为，通信一定要有内容。把量子密钥分发，说成是量子通信是不够准确的。
无论是量子密钥分发还是量子隐形传态，都需要经典信道的传输，也就是说量子通信不会完全替代现有的通信技术，量子通信网络实际上是量子网络和传统信息传输网络的结合。
还只是一种加密手段，距离真正称为‘通信’还有些遥远，其理论上不可攻击的特性，在现实中也受到一定的限制。
这是因为，虽然量子密钥分发在理论上具有无条件安全性，但在现实条件下很难实现，导致现实的系统可能存在各种各样的隐患。
针对探测设备的不完美，国际上多个小组提出了“时间位移攻击”“死时间攻击”和“强光致盲攻击”等针对探测系统的攻击方案。
现在量子密码的协议安全性能够得到足够的保证，只要设备是严格执行协议的就能保证安全。但是，要严格执行协议，设备有许多地方需要控制，没法做绝对没有问题的保证，只能说做到完美无缺就绝对安全，但实际上只能是近似的安全。
一位量子密码专家就这样形容，量子的东西来对付传统的方法，比较有优势，但是新的攻击总会出现，有量子的防守，也会有量子的攻击。
可以说，安全手段在升级，攻击手段也在升级，也产生了更多攻击量子密码的方法，战争还是战争，只是战场发生了改变，所用的武器，攻击的方法，要量子层面去打，传统的方法还是有效，但是会开辟一些新的战场，在这个战场上，谁也没有经验。
潘建伟则表示，目前在真实的量子通信系统中，系统远远比攻击者强大，科学家假定窃听者具有物理学原理所允许的所有能力，其实现实中可能性不大。
那么，如果攻击者真有这样的能力怎么办？他说，团队计划请各种专家来攻击，也许这是证明安全性的最好方法。甚至会进行悬赏，谁能攻破就给他奖金。
而且，卫星量子通信不可避免地会受到天气条件的影响。潘建伟就曾经告诉我们说，量子卫星只能保证在晴天可以工作，天气不好的时候数据传不下来，但是密钥也可以存一段时间，天气好的时候就多送一点。
在他看来，对于重要的部门，这个码率已经足够。
由于量子密码通信的特殊性，决定了它应该被应用到保密等级比较高的军事、政治、金融等重点领域。
对于潘建伟所说，十年左右让每个人在互联网上进行的转款、支付等消费行为，都能够享受到量子通信的安全保障，这一愿景如何实现，如何为每秒种发生成千上万次的转账、支付行为产生量子密码，需要多少成本，还需要更加客观的评估。
对于量子加密手段的实际安全性如何，实际效益如何，仍有待更实在的证明。
下面引用一位券商研究员对于量子通信概念的看法，由于他本人曾经的专业方向就是量子通信，看法还比较客观。
量子通信商用最大的挑战在于：目前没有使用的迫切性和必要性。在当前经典的冯诺依曼架构下的计算机体系中，传统的数学密码已经够用。RSA、DES等传统数学算法在过去的几十年不断的被“理论破解”，但采用一系列改进，目前仍然广泛地安全地使用，还有层出不穷的新的密码算法涌现出来。
事实上，如果纵观全球大大小小的信息安全事件，极少是由于密码算法被破译而导致的信息泄露。目前传统数学密码算法最大的挑战在于“计算能力的跳跃式增长”，比如一旦研发出量子计算机。量子计算领域有一个著名的Shor's Algorithm，由美国科学家Peter Shor提出，能利用量子算法来实现整数的分解，对RSA算法提出了致命的威胁。
但由于实现这类量子算法的量子计算机并没有被研制出来，因此传统加密方式的威胁目前大都停留在纸面上。
另一个可以提供佐证的视角是，为什么美国没有做这种事情？很简单，用不着。美国对自己掌握的传统的加密方式有充足的信心，因此大部分的精力都去搞量子计算去了。
即使量子通信商用，其产业空间也将受到限制。密码本质上是一种信息基础设施，一般直接受到国家控制，在政府的严格管控下，商业化的前景就会受到限制。如果量子通信达到所谓的千亿产值，那么按照中国5亿的网民来算，1000亿的产值意味着有个人每年要花200元在加密上。尽管这个钱并非是直接对用户征收，但仍然是一种隐性的互联网使用成本，这其实是不合逻辑的。
事实上，经典密码发展这么多年，也没有某家公司依靠密码发展很大。EMC旗下的RSA公司是现代加密的骨灰级公司，大部分业务都是通用的、非加密的信息安全软件服务，2006年被EMC收购的时候市值为21亿美金，恐怕还不如A股整个板块一个涨停板增加的市值大。
当然对于中国来说，目前国内实用的大多数算法都是来源于国外，国家担心国外安全机构拥有某些未公开发表的破解方式，不仅不断推出自己的国产算法（尽管这些算法也并不更加安全），而且现在看到一个号称永远攻不破的物理级别的加密方式，肯定会如获至宝重点扶持，这一个点可以理解。
中国在信息安全领域，喜欢将软件给硬件化，将算法给芯片化。一条实实在在的不可窃听不可攻破的物理通信线路，配备着先进的设备、专属的机房和深奥的物理数学模型，的确是可以满足很多人对安全感的深层需求。

7. 量子通讯卫星的量子通讯

潘建伟研究小组于2003年开始研究自由空间量子通信,他们在实验点制备出成对的纠缠光子,再利用两个专门设计加工的发射望远镜将容易发散的细小光束“增肥”后向东西相距13公里的两个实验站送出,两个接收端用同样型号的望远镜收集。经过研究人员的种种努力,在如此远距离的传送中,虽有许多纠缠光子衰减,但仍有相当比例的“夫妻对”能存活下来并有旺盛的生命力,经单光子探测器检测,分居东西两地的光子“夫妻对”即使相距遥远仍能保持相互纠缠状态,携带信息的数量和质量能完全满足基于卫星的全球化量子通信要求。在此基础上,研究小组进一步利用分发的纠缠光源进行绝对安全的量子保密通信。13公里不仅是目前国际上自由空间纠缠光子分发的最远距离,也是目前国际上没有窃听漏洞量子密钥分发的最大距离。2012年8月11日我国科学家潘建伟等人近期在国际上首次成功实现百公里量级的自由空间量子隐形传态和纠缠分发，为发射全球首颗“量子通讯卫星”奠定技术基础。国际权威学术期刊《自然》杂志8月9 日重点介绍了该成果。

8. 将量子通信系统放到无人机上，用于对地数据链路节点

 
   
   中国研究人员正在开发一个以无人机为节点的 机载量子通信网络 。
   量子力学把一种奇怪的现象 叫作 纠缠。两个或更多的粒子，如光子，连接或"纠缠"在一起，无论它们之间的距离多远，都可以相互影响。
   
   纠缠对于量子计算机、连接它们的网络以及最复杂的量子密码学至关重要。
   发展地面量子网络的一个关键问题是：这种纠缠很脆弱；
   当在现有的光纤网络上发送光子时，这就限制了传输距离和数据速率。
   考虑到这一点，近年来，科学家们越来越多地研究通过空口传输光子的量子网络。
   
   中国和欧洲的科学家目前正在开发基于卫星的量子网络，以实现远距离卫星到地面的连接。然而，量子卫星有许多缺点。其中包括：低轨卫星只能在有限的时间窗内与某些地面位置通信；空间发射的费用使得建立一个量子卫星网络相当昂贵。
   
   南京大学的科学家们注意到，最近无人机技术爆炸性进步，便设计了一种"量子无人机"，作为量子网络中的机载节点。
   德国罗斯托克大学 (University Of Rostock) 的量子科学家德米特罗·瓦利耶夫 (Dmytro Vcreyev) 表示:"他们制造了第一架量子无人机，并以类似量子卫星的方式将其用作节点。"
   中国研究人员研制出了一种八旋翼八面体无人机，其起飞时的重量为35公斤，包括其量子通信系统。在实验中，研究人员证明了他们的量子无人机一次能在半空中飞行40分钟。它能够维持两条空对地链路，每条链路长约100米，并能在白天、晴朗的夜晚甚至雨夜接收和传输纠缠光子。
   科学家们相信，他们可以缩小量子通信系统，以适应小型消费无人机，用于本地量子网络搭建。
   他们还可以将其扩展到高空无人机上，这将是跨越数百公里的广域网中的节点。
   总之，他们设想用量子无人机网络填补卫星和地面量子网络之间的缺口。
   
    Vylyev 指出，部署一个以量子无人机为特征的通信网络可能会受到一些挑战。例如，他建议，虽然该系统考虑到许多纠缠光子在往返无人机的途中会被散射、吸收或以其他方式丢失，但无人机上的量子通信系统可能会将来自太阳的杂散光子，误认为是其中一些丢失的纠缠光子。
   他表示，这些错误可能会让用户对系统的运行状况过于自信，从而危及系统的安全。
   此外，"无人机在较低的大气中飞行， 那里的 大气湍流是信号衰减的重要来源，" Vylyev 指出。此外，"无人机飞行本身就是一个很大的湍流源，这种湍流会大大降低量子通信的性能。”
   尽管存在缺陷，但量子无人机仍然有明显的优势。
   
   它们也可以帮助研究人员研究天气条件和其他大气影响对量子通信的影响。这最终将产生更好的基于卫星的量子通信。
    文 | Charles Q. Choi，班长编译.