美国为何不搞量子卫星?
因为量子科学试验卫星工程,是中国科学院空间科学战略性先导科技专项首批确定的五颗科学卫星之一,由中科院和教育部联合研制。量子科学试验卫星被英国皇家《自然》作为国际重点科研项目予以介绍和展望;美国《科学》杂志对量子科学试验卫星发射计划也予以了特别关注和肯定。
量子保密通信,量子密钥的分配采用的是单光子级别的弱相干源进行的,光的粒子性比较明显,因此在信号的发射和接受端都需要采取一些特殊的技术。
目前通常的做法是,发射源在本地产生一个随机密钥,并将其中的bit值通过偏振编码等方式,加载到单光子上发射出去;接收端通过相应的基测量方法测出发射过来的bit值并记录下来。在完成一定量的数据采集后,双方通过经典通信信道公开部分密钥,通过比对校验确认通信线路是否被窃听。
如果存在窃听行为,其窃听的结果必然会在已公开部分的密钥中体现出来。因为按照量子力学原理,任何一次测量必然破坏量子态。根据检测结果,双方在去除已公开的部分密钥后,剩下的部分即为安全密钥,用于后续加密通信。量子通信实际的传输过程,主要技术包括单光子源、信道、远距离高速光交换等。由于通信过程中,光的粒子性比较明显,因此通过光的偏振态和量子隐形传态技术来实现远距离传输。粒子性比较明显时,光在光纤中衰减非常大。因此用光纤的方式进行量子保密通信存在一定的距离限制,目前地面通信能达到200km左右。
另外,利用卫星作为中转,利用自由空间来进行传输,理论上可以成千上万的公里,因此通过星地及或星间传输的方式进行量子通信,能够从根本上解决远距离传输的问题。但用自由空间进行传输存在一些弊端,一是容易受气候影响导致传输衰减,二是容易被人故意干扰,所以在进行实际系统设计时,需要考虑相关的对抗手段。