科技进步给人类带来实实在的幸福感之九

曹德庚

第九章：量子传输模式与技术路径初探

摘要：量子技术作为当代前沿科学重要分支，暗物质探索、量子纠缠拓展、全天候量子传输，构成当前量子领域重点研究方向。传统通信依托麦克斯韦电磁理论，依靠正弦调制的电磁波传递音视频信号，而量子信息的承载模式、传播机制，尚处在持续探索阶段。本文结合我国墨子号卫星科研实践，对比经典电磁传播体系，探析量子传输的技术逻辑与未来发展路径。

暗物质是当代量子物理与宇宙物理重点探索方向，至今尚未被实验完全证实。我国“墨子号”量子科学实验卫星运行于距离地面约400公里的太空轨道，其核心科研目标并非探测暗物质，而是开展星‑地量子纠缠分发、量子密钥分发等空间量子物理实验。历经多年在轨试验，潘建伟院士科研团队取得一系列标志性成果，量子纠缠从最初双量子纠缠，逐步拓展至十余个量子比特的稳定纠缠操控；通信环境实现重大突破，突破仅能夜间传输的局限，成功实现白天环境下稳定量子信号传输，大幅拓宽量子通信的实际应用场景。

经典物理学证实，光与电磁波在真空当中传播速度约每秒30万公里，这是目前已知经典信息传播的速度上限。很多研究者由量子算力产生联想：量子计算机运算能力远超传统电子计算机，算力可达经典计算机数亿亿倍，由此推测量子粒子运动速度或将数倍超越光速。但现代量子力学表明，量子纠缠仅体现粒子状态的瞬时关联，并不能够直接传递有效信息，可控信息传递依然不能突破光速限制，超光速信息传输目前缺少严谨的实验支撑。

传统音频、视频信号传输，建立在麦克斯韦电磁方程组之上，依靠振荡器产生正弦电磁波，通过调制振幅、频率搭载信息，接收端解调波形还原画面与声音。倘若量子信息完全套用经典正弦波模式传输，量子本身强大的算力优势，将会被电磁波固有的传播速度所约束。如同导弹威力巨大，但发射需要依托航母抵近目标，载体的移动速度限制了导弹打击范围，单一依靠经典电磁波通道，难以完全释放量子技术的潜能。

由此可以设想一种复合传输路径：以电磁波作为远距离传输载体，量子态在电磁波信道之中完成高速扭变演化。电磁波负责完成长距离空间输送，量子依托信道不断演化自身状态，二者协同配合，在远距离传输过程中，充分释放量子独特的技术优势。这种传输构想，融合经典通信成熟链路与量子全新物理特性，为未来量子音视频、大容量量子信息远距离传输提供一种探索方向。

总而言之，量子技术探索之路依旧漫长。厘清量子与电磁波之间的协同关系，探索适配量子特性全新传输模式，持续推进全天候、远距离量子通信试验，才能让量子科技从实验室走向大规模应用，不断拓展人类信息传输技术的全新边界。