潛艇，以隱蔽性強(qiáng)而被稱為“水下幽靈”。然而，潛艇在水下隱蔽得深也有一大缺點(diǎn)，很難與向其提供指令和信息的海軍基地聯(lián)絡(luò)，也很難把信息傳回基地。現(xiàn)在，量子技術(shù)可能會(huì)改變這一切，使下潛的潛艇能夠借助激光脈沖，與衛(wèi)星交換加密密碼和訊息。

　　潛艇激光通信的誕生

　　隨著信息化的進(jìn)程，在未來的高技術(shù)及信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中，如何進(jìn)一步增加信息傳輸?shù)乃俾屎途嚯x，提高通信系統(tǒng)的有效性、可靠性等問題，在一定程度上決定著戰(zhàn)爭(zhēng)的取向。隨著以激光為信息載體的激光通信技術(shù)的發(fā)展，激光通信技術(shù)在軍事上的應(yīng)用受到了各國(guó)軍方的高度重視。

　　潛艇作為海軍的重要作戰(zhàn)力量，要發(fā)揮其隱蔽性和突然性的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)，必須下潛至混合層，亦即海平面以下60~100米的深度，在此深度下，聲吶不容易發(fā)現(xiàn)潛艇。此時(shí)，潛艇同外界的聯(lián)絡(luò)是通過極低頻或甚低頻無線電通信(ELF或VLF)達(dá)成的，因?yàn)楹Ｋ畬?duì)極低頻或甚低頻無線電波衰減較小，電波可以穿透海水一定深度。

　　然而，極低頻和甚低頻無線電通信有許多弊端，已不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的要求。首先，發(fā)信臺(tái)站十分龐大，抗毀能力差；其次，潛艇必須通過拖曳天線來收信，在此情況下，為了取得較好的收信效果，潛艇不得不調(diào)整自己的方位和降低速度。第三，甚低頻和極低頻通信的最大缺點(diǎn)是帶寬窄，影響了通信的速度：甚低頻1秒鐘能夠傳遞幾百比特的信息，而極低頻每分鐘只能傳遞幾比特的信息，這勢(shì)必影響了復(fù)雜數(shù)據(jù)的傳遞，比如視頻數(shù)據(jù)。遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)大量情報(bào)、偵察和監(jiān)視數(shù)據(jù)的需要。

　　激光對(duì)潛艇通信的概念，是60 年代初期提出來的。直到1978 年，美國(guó)國(guó)防遠(yuǎn)景規(guī)劃局和海軍才下決心，正式開始實(shí)施激光對(duì)潛艇通信的研究發(fā)展工作。實(shí)施激光對(duì)潛艇通信計(jì)劃有兩個(gè)主要方案：陸基激光器方案和空間激光器方案。

　　陸基激光器方案的基本構(gòu)想是，將大功率激光器安放在陸地上，并在地球同步軌道上放置一部可調(diào)反身鏡。帶有信息的激光束自地面發(fā)出后，經(jīng)空間反射鏡再轉(zhuǎn)向海面?？臻g激光器方案的基本構(gòu)想是，將激光器安裝在衛(wèi)星上，上行線采用無線電通信，下行線就是激光通信。解決這些問題，所涉及的技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，其中包括潛艇、激光器、接收機(jī)、衛(wèi)星、水文和氣象等各個(gè)方面。

　　1984 年，亞利桑那大學(xué)研制了一種原子諧振濾光器。濾光器有效地改善了潛艇水下收信性能，使水下接收的深度增加了數(shù)百英尺，將報(bào)文傳遞時(shí)間縮短到原來的十五分之一，還可在一定程度上降低對(duì)激光器輸出功率的要求。而且體積小，更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用。另一方面，氯化氙激光器技術(shù)的發(fā)展，加之激光穿透濃厚之層與潛航潛艇通信演示的成功，國(guó)防遠(yuǎn)景規(guī)劃局已確信，激光對(duì)潛艇通信的探索方向從陸基激光器方案與空間激光器方案齊頭并進(jìn)的做法，轉(zhuǎn)到完全集中精力于空間激光器方案。

量子通信成為全球研究熱點(diǎn)

　　量子通信是利用了光子等粒子的量子糾纏原理來實(shí)現(xiàn)通信的，量子通信是經(jīng)典信息論和量子力學(xué)相結(jié)合的一門新興交叉學(xué)科。量子信息學(xué)告訴人們，在微觀世界里，不論兩個(gè)粒子間距離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的變化都會(huì)影響另一個(gè)粒子，這就是所謂的量子糾纏現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被愛因斯坦稱為“詭異的互動(dòng)性”。

　　量子通信系統(tǒng)的基本部件包括量子態(tài)發(fā)生器、量子通道和量子測(cè)量裝置。對(duì)于量子信息的傳播，需要某種方式來促使光子產(chǎn)生極化現(xiàn)象，這樣，量子狀態(tài)將處于一種特定的狀態(tài)下，發(fā)射器和接收器中的過濾器可以發(fā)現(xiàn)量子。該系統(tǒng)使用的是特種光子激光器，而不是常見的激光器，因?yàn)楹笳弋a(chǎn)生的激光是散淡的，而特種光子激光器每次產(chǎn)生的光子和每個(gè)光子都有特定的量子態(tài)。

　　與目前成熟的通信技術(shù)相比，量子通信優(yōu)越性明顯，具有保密性強(qiáng)、大容量、遠(yuǎn)距離傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，成為全球物理學(xué)研究的前沿與焦點(diǎn)領(lǐng)域。

　　量子通信不僅在軍事、國(guó)防等領(lǐng)域具有重要的作用，而且會(huì)極大地促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，被認(rèn)為是未來IT通信技術(shù)的發(fā)展方向。自1993年美國(guó)IBM的研究人員提出量子通信理論以來，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)都對(duì)此項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究。歐盟在1999年集中國(guó)際力量致力于量子通信的研究，研究項(xiàng)目多達(dá)12個(gè)。日本郵政省把量子通信作為21世紀(jì)的戰(zhàn)略項(xiàng)目。我國(guó)近10年來在量子糾纏態(tài)、糾錯(cuò)、存儲(chǔ)等核心領(lǐng)域也取得了前沿性突破，中科院于2011年啟動(dòng)了空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)，2011年10月份，我國(guó)科學(xué)家潘建偉等人在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的自由空間量子隱形傳態(tài)和糾纏分發(fā)(通俗地說，就是兩個(gè)相距100公里的量子實(shí)現(xiàn)了信息傳輸)，這為我國(guó)發(fā)射全球首顆“量子通訊衛(wèi)星”奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

量子技術(shù)將帶來潛艇通信革命

　　在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，風(fēng)靡全球的電影及小說都是以間諜戰(zhàn)和破譯密碼為主要內(nèi)容，竊聽、反竊聽，加密、解密……很多人最關(guān)心的是，有沒有絕對(duì)安全的保密通信，讓竊聽、破譯者無計(jì)可施？第二次世界大戰(zhàn)中，波蘭人和英國(guó)人成功破譯了德國(guó)著名的“恩格瑪”密碼，盟軍由此得知了德國(guó)的許多重大軍事行動(dòng)；美軍破譯日本的高級(jí)密碼——“紫密”，從而擊斃了日本海軍大將山本五十六，一舉扭轉(zhuǎn)了美軍在太平洋戰(zhàn)場(chǎng)的被動(dòng)局面。這些都是密碼攻防戰(zhàn)中的典型戰(zhàn)例。

　　目前，潛艇使用隨機(jī)生成的編碼或“密鑰”來加密訊息。這些密鑰是潛艇和聯(lián)絡(luò)基地在執(zhí)行任務(wù)之前制作的，每個(gè)密鑰只使用一次，這樣一來，敵人就算破解了密鑰，也無法用它來解密之后的訊息。

　　但是，這種做法存在一些問題。首先，它從后勤上講是麻煩的。潛艇在執(zhí)行一次長(zhǎng)時(shí)間的任務(wù)前必須帶上許許多多的密鑰，而一旦潛艇遇襲，這些密鑰就有可能落入敵手。此外，即便有足夠多的安全密鑰，潛艇和基地之間的聯(lián)絡(luò)速度也極慢。為了在海水傳輸，發(fā)射機(jī)必須使用頻率極低的無線電波。這決定了每秒只能傳輸幾個(gè)字符。在世界上其他地方(以及其他作戰(zhàn)空間)都在進(jìn)行高速聯(lián)絡(luò)的同時(shí)，潛艇卻只能進(jìn)行撥號(hào)聯(lián)絡(luò)。為了收發(fā)大量信息，或是快速收發(fā)信息，潛艇就必須浮出水面，這很容易使自身暴露，也很容易受到攻擊。

　　但是，英國(guó)ITT國(guó)際防務(wù)公司的研究人員想出了一個(gè)點(diǎn)子。通過量子密鑰分配，潛艇可以把一個(gè)密鑰加密成光子(利用光子的極性來代表“1”和“0”)，從而生成一個(gè)幾乎無法破解的密鑰——如果有人試圖攔截這些光子，就將干擾量子系統(tǒng)，而訊息收發(fā)者可以測(cè)得這種干擾，從而知悉有第三方正在監(jiān)聽。

　　制作好安全的密鑰后，潛艇就能夠——至少?gòu)睦碚撋现v——待在水面下數(shù)百英尺的地方，通過激光向衛(wèi)星發(fā)射光子，然后再由衛(wèi)星把光子傳回地面，到達(dá)基地。研究人員模擬展示了一種當(dāng)潛艇在水下時(shí)，能夠以每秒170兆字節(jié)的速率收發(fā)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。

　　這一技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到可在實(shí)戰(zhàn)中使用的程度。但是有朝一日，它可能會(huì)實(shí)現(xiàn)前所未有的高速和安全的數(shù)據(jù)傳輸，徹底改變目前潛艇的通信方式，從而為潛艇真正融入網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)創(chuàng)造條件。