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安全量子通信距離 再突破

  • 發佈時間:2014-11-17 05:53:27  來源:經濟日報  作者:佚名  責任編輯:羅伯特

  中國科學技術大學潘建偉教授及其同事張強、陳騰雲與中國科學院上海微系統所和清華大學的科研人員合作,將可以抵禦駭客攻擊的遠端量子密鑰分發系統的安全距離擴展至200公里,創下新的世界紀錄。11月7日出版的國際權威物理學期刊《物理評論快報》發表了這一重要成果。

  量子密鑰分發為安全資訊加密提供了一個理論上絕對安全的解決方案。然而,現實系統的器件不滿足理論假設的缺陷,會引入各種安全漏洞,從而導致駭客攻擊。特別是“時間位移攻擊”、“死時間攻擊”和“強光致盲攻擊”等針對探測系統的攻擊,成為“量子駭客”的主要攻擊點。2013年,潘建偉小組和加拿大一研究組分別在國際上首次實驗實現了測量器件無關的量子密鑰分發,完美解決了所有針對探測系統的攻擊,被美國物理學會《物理》雜誌評選為2013年度國際物理學領域的十一項重大進展。然而這些前期實驗結果的傳輸距離僅為50公里左右,嚴重限制了該技術在實用化廣域量子通信網路中的應用。測量器件無關的量子密鑰分發到底能夠走多遠,成為量子通信研究領域中的一個重要課題。

  經過一年多的實驗探索,潘建偉小組通過發展高速獨立鐳射干涉技術,結合中科院上海微系統所自主研發的高效率、低噪聲超導奈米線單光子探測器,將該協議的安全距離突破至200公里,並將成碼率提高了3個數量級。該工作被《物理評論快報》審稿人評論為“實用量子密鑰分發的重要里程碑”和“物理和技術上的重大進展”,並被《物理評論快報》選為“編輯推薦”論文。歐洲物理學會下屬網站《物理世界》也以“安全的量子通信傳輸到遠距離”為題,對其進行了報道。

  (本報記者佘惠敏 通訊員蔣家平)

  照亮21世紀的藍光

  本報記者 沈 慧

  萬眾矚目的“2014年諾貝爾物理學獎”頒給了日本物理學家赤崎勇、天野浩和日裔美籍物理學家中村修二,以表彰他們發明瞭高效環保的光源藍光LED。

  何為LED?這個縮寫詞的原文是light-emitting diode,對應的中文是“發光二極體”。或許有些人還是不太明白。用中國科學院理論物理研究所專家李淼的話説,“LED就是電視遙控器上那個發出紅外信號的燈。這種燈既不是傳統的白熾燈,也不是現在流行的熒光燈(節能燈),而是一種半導體做成的燈。”

  也許有人會問,為什麼偏偏是藍光LED獲得殊榮,而不是其他顏色?其實,在藍光LED誕生前,紅光、綠光、黃光LED早已問世——1907年,科學家第一次在碳化矽裏觀察到電致發光現象;20世紀60年代末,通過在砷化鎵基體上使用磷化物,第一個紅光LED産生……但正如李淼指出的,“僅有紅光、黃光和綠光無法製造出白光LED,LED的照明功能便不存在,必須找到三原色(紅綠藍)中的藍色。”

  當時,已有人提出氮化鎵材料為完成LED色彩拼圖的可能選擇,但很多科學家並未研究下去,而是轉向其他材料體系,比如氧化鋅等。幸運的是,今年85歲高齡的赤崎勇彼時選擇了堅持,在氮化鎵研究中,他和學生天野浩首次實現了氮化鎵的PN結,為利用氮化鎵材料製造藍色發光二極體奠定了基礎。

  解決藍光LED實用化問題,讓其走進千家萬戶的則是中村修二。1989年,中村修二開始倒騰二極體,彼時他只是一家名為“日亞化工”公司的技術員。1993年,還是一位碩士研究生的他成功製造出高品質的氮化鎵,首次推出了LED照明産品。不久,白光LED很快出現。

  儘管因為成本問題,LED燈的潛能如今還未完全釋放,但這項偉大發明已使人類受益匪淺。

  由於利用高亮度白色發光二極體的發光源進行發光,與白熾燈相比,LED燈發光效率更高。“普通白熾燈正常工作時消耗的電能僅有10%轉化為光能,而LED燈能量利用率可以達到60%;需要的電壓也很低,幾個伏特就行了;而且,白熾燈的壽命一般為1000小時左右,LED壽命高達10萬小時,基本能使用10年以上。”李淼説。

  可別小瞧了這一盞LED燈。“照明是節能效果最明顯、操作最簡單的節能措施,2012年我國照明用電約6500億千瓦時,若全社會實現LED産品替換每年可節電約3500億千瓦時,相當於4座三峽水電站的發電量。”歐普照明股份有限公司董事長王耀海告訴記者。

  正如瑞典皇家科學院在頒獎詞中所言,“白熾燈照亮了20世紀,而LED燈將照亮21世紀。”

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