외국 과학자들이 '탐내는' 양자통신, 우리는 어느 단계에 이르렀나?

5G의 연기는 사라지지 않았고, 대부분의 사람들은 아직 5G를 경험해보지도 못했다. 양자 통신이 다시 한번 글로벌 무대에 진입했습니다. 전 세계 물리학자들이 양자역학을 이해하기 전에 우리는 이미 세계 최초의 양자 위성인 Mozi를 발사했습니다. 우리는 양자 분야에서 세계에서 유일무이한 존재이며, 이로 인해 많은 서양 물리학자들이 공유를 요청하고 자국이 양자 통신을 개발하지 못하는 이유를 한탄하게 되었습니다.

우리 주변에서 느껴보는 건 어떨까요? 쓸데없는 기믹이 아닐까요? 오늘은 중국의 대표적인 양자통신을 해독해 보겠습니다.

소위 양자란 물리학의 단위, 즉 더 이상 쪼갤 수 없는 가장 작은 단위를 뜻하며, 양자역학의 창시자인 독일 물리학자 M. 플랑크가 발견한 것이다. 아인슈타인과 함께 20세기 가장 위대한 물리학자로 알려져 있으며, 아인슈타인보다 앞서는 인물이다. 그는 아인슈타인에게 많은 영감을 준 인물이라 할 수 있다.

플랑크는 에너지가 실제로는 불연속적이지만 여러 부분으로 구성되어 있다는 사실을 발견했습니다. 양자가 기본 단위이고, 빛의 양자를 광자라고 합니다. 예를 들어, 레이저 빔의 에너지는 광자의 정수배입니다. 뉴턴의 고전역학은 미시적 물리적 현상을 설명할 수 없지만, 양자역학이 이를 설명할 수 있다는 의미는 아닙니다. 마이크로는 양자이지만 세상의 본질은 양자입니다.

그러나 미시적 영역에서는 사람들이 양자의 존재를 더 많이 느낄 가능성이 크다. 양자 물리학자들의 눈에 뉴턴의 고전 역학은 거시적 세계의 양자에 대한 근사치입니다. 거시적 초전도, 초유체, 반도체 등 편리한 계산은 모두 고전적인 양자 현상이다. 따라서 미래 기술을 선도하려면 양자역학이 현재의 새로운 문이다. 양자 얽힘.

양자 이론에서 가장 흥미로운 점은 양자 얽힘입니다. 양자가 상태를 변경하면 아무리 가깝거나 멀리 떨어져 있어도 동일한 양자가 같은 방식으로 상태를 변경합니다. 아인슈타인이 '원거리에서의 으스스한 상호작용'이라고 불렀던 것. 양자 얽힘은 정보 전달의 상대성 이론이 정한 속도 제한을 위반하기 때문이다. 접촉은 무한한 거리에서 이루어질 수 있지만 빛의 속도에는 상한이 있습니다.

현재 양자 얽힘에 대한 가장 간단하고 쉬운 설명은 닫힌 상자에 두 개의 전자 A와 B가 있다는 것입니다. 전자의 상태는 업 스핀 또는 다운 스핀일 수 있으므로 4가지 상황이 있습니다. 판지 상자. 두 AB는 위로 회전하고, AB는 아래로 회전하고, A는 위로, B는 아래로, A는 아래로, B는 위로 있지만, 전자는 일단 충분히 가까워지면 중첩되어 반대 상태가 되는 특성을 가지고 있습니다. A가 톱스핀이라면 B는 그때부터 아무리 멀리 떨어져 있더라도 백스핀이 될 것입니다. 관찰하지 않으면 A와 B 중 어느 것이 회전하고 있는지, 어느 것이 회전하고 있는지 알기 어렵습니다. 이것이 얽힘입니다. 이 상태에서 A 또는 B 중 하나가 관찰되면 얽힘이 깨지고 두 개의 독립 전자가 됩니다.

여기서 많은 사람들은 이것이 초장거리 순간 통신이 가능하다고 생각합니다. 죄송하지만 현재의 양자 통신은 여전히 ​​준비된 얽힌 광자를 전송하기 위해 일반적인 통신 방법에 의존해야 합니다. 따라서 수천 마일 떨어진 곳에 B 전자를 쥐고 있는 사람은 B 전자를 업 스핀 또는 다운 스핀으로 볼 수 있기 때문에 초광속을 경험할 방법이 없습니다. A에 의해 제어할 수 있는 방법이 없으므로 정보 전송이 불가능합니다. 현재 양자 통신의 의미는 정보를 암호화하는 것입니다. 많은 산업에서는 속도보다 기밀성이 더 중요합니다.

지난 세기 말, 많은 과학계에서는 양자 얽힘을 증명하려고 노력했습니다. 끊임없는 노력을 기울였음에도 불구하고 대부분의 실험은 허점으로 가득 차 있고 증명할 수 없습니다. 그러나 이러한 과학적 실험은 양자 통신의 토대를 마련했으며 양자 암호학이 꽃을 피웠습니다.

1995년에는 유럽에서 양자 얽힘 통신이 성공적으로 실시되었으며, 해외 과학자들이 이론적으로 연구한 기술을 바탕으로 중국 과학자들이 양자 응용의 기치를 이어받아 글로벌 양자 통신 대회가 시작됐다. 광섬유의 광자, 양자 통신 신호는 증폭될 수 없지만 진공에서는 빛의 전파가 제한되지 않습니다. 그래서 중계위성이 필요하다.

2016년 8월 주취안 위성발사센터에서 창정-2D 운반로켓이 묵자 양자 위성을 우주로 발사한 이유에 대해.

Mozi는 빛이 직선으로 전파된다는 것을 제안한 최초의 사람이기 때문에 Mozi 위성은 양자 얽힘 실험의 확대 버전으로 사용될 수 있습니다. 실험거리는 1,200km에 달했고 통신은 성공적이었다. 즉, 1,200km 떨어진 두 양자 시스템이 상호작용을 실현한 것이다. 최초의 양자 통신 백본 네트워크 베이징-상하이 간선은 6시 대륙간 양자 통신 화상 회의도 실현했다. 중국 본토 남동부, 북서부, 북서부에 4개의 지상 수신국을 설치한 것 외에도 비엔나와 그라츠에도 지상국을 설치해 해외 과학자들과 실험 결과를 공유했습니다.

양자통신이 기존 통신과 다른 점이 있다면 양자통신은 절대적인 정보보안을 갖고 있다는 점이다. 양자는 분리 불가능할 뿐만 아니라 복제도 불가능하기 때문이다. 간단히 말해서 정보를 훔치려면 먼저 복사해야 합니다. 그러나 양자 통신이 방해되면 상태가 바뀌게 됩니다. 가로채면 원래 키가 유효하지 않은 것으로 선언됩니다. 정보를 보낸 사람은 당연히 이 비밀 키 세트를 사용하여 암호문을 작성하여 보내지 않으므로 정보를 훔치는 것은 의미가 없습니다. 현재 물리학자들은 양자통신이 절대적인 기밀성을 갖고 있음을 수학적 논리를 통해 검증해왔다. 그 중 양자 키 분배는 바이너리와 호환되는 양자 암호화를 생성해 양자 통신 적용의 문을 열어준다.

그래서 중국은 궤도에 양자 위성을 갖고 위성-지상 얽힘 실험을 진행했습니다. 이는 중국이 이미 양자통신 분야에서 세계 선두에 섰다는 뜻이다. 많은 주요 기술 국가들은 양자통신 분야에서 여전히 정체 단계에 있으며, 향후 에너지, 군사, 금융 분야의 정보 보안에서는 다른 국가들에 뒤처질 것입니다. Mozi 실험은 공식적으로 이러한 위험을 제거했습니다. 민생을 위해서는 하늘과 땅을 하나로 묶는 통신망을 구축하는 것이 인터넷과 내비게이션, 신화폐를 안전하게 활용하는 데 더욱 도움이 됩니다.

미래에는 초광전송의 획기적인 발전이 있을 것이다. 양자의 힘은 오늘날의 반도체 제조 기술 못지않게 강력합니다. 그러니 걱정하지 마세요. Quantum World 통합 네트워크가 성공적으로 구축되면 4G에서 5G로의 양적 변화가 아닌 도약적인 삶의 경험이 될 것입니다.