量子通信能否在核潜艇上进行?已取得重大突破,中国独此一门绝技

Hi科普啦闪电哥 2024-08-19 12:03:00

大家有没有感觉,在某些特定的场合,手机信号会变得非常差。

比如说电梯里、地铁隧道中或者是飞驰的高铁上。

究其原因,其一是因为这些地方不仅仅有建筑物的遮挡,而且还存在基站间隔较远和信号被干扰的现象,因此,手机信号差也是难以避免的现象。

那么,说到这里,我们不得不联想到另一个问题:潜艇可算是把这几个问题叠满了——既有厚厚的金属外壳,又离基站远出天际,更为了“隐身”装备了不少干扰信号的设备,那它是如何通讯的呢?

尤其是,跟地面指挥中心之间通讯,中间隔了几千海里,什么样的信号能传达到潜艇上呢?

潜艇的水下通讯有多重要?

在聊潜艇的通讯装备之前,我们先来聊聊“通讯”对潜艇的重要性。

由于潜艇的工作环境大部分是在水下,且离地面指挥中心较远,因此它无论是导航还是执行任务,都要靠地面发送信号才能达成。

而失去了通讯的核潜艇,在茫茫大海中就像是“失踪人口”一般,无法定位也无法进行任何交流。有一个很让人扼腕的例子就是俄罗斯的库尔斯克号,在军演中发生爆炸,失去联系后不要说救援,就算是后续打捞,也颇费了一番周章。

因此,如何让藏在水下的潜艇能够顺畅地接收到陆地上的信号,不仅是完成任务的关键因素,更是保持潜艇及乘员安全的重要保障。

潜艇一般会用哪些通讯方式?

一战前后,潜艇是靠声波来通讯的。它在水中具有传播距离远,信息不易丢失的优点,对于藏在深处的潜艇来说,无疑是传播信号的最佳选择。

但是声波通讯很难加密,容易被敌方截留,因此导致的指令泄密对潜艇来说才是致命打击。

于是后续人们就采用电磁波作为通讯方式,频率越低的电磁波在介质中的传播距离越长,也就是我们所说的“长波通讯”。

采用长波通讯,潜艇可以上浮一定的距离,利用卫星之类的高频通信系统,去接收地面指挥中心通过长波信号塔发送的信号。

但是受到长波信号工作频率的限制(30-300Hz),能通过这种通讯方式传输的信息内容实在有限。

毕竟,哪怕是2G网的频率,都能达到890-960MHz,是长波信号的几百万倍。

换句话说,即使是小灵通的信号,都要比长波信号好几百万倍。

而放到实际运用中,你可以把长波信号看成是“拍电报式”的通讯,因为理论上它一秒钟只能传输十来个字,而经过超远距离的削弱和海水的多次反射,所以长波信号真正抵达潜艇时,信号只会更差,通讯效率简直低到无法想象,只能发送一些经过精简再精简的指令,比如:上浮、下潜、左转、右转或者是发射。

更令人难以接受的,是长波电台信号塔高,天线更长,容易成为敌方打击的目标——毕竟谁家地面上竖着这么几根鹤立鸡群的玩意儿,都会成为靶子。

另外,前面说过,长波通讯的前提,是潜艇“必须上浮一定距离”,在这个上浮的操作中,谁也不能保证潜艇会不会被敌方锁定并予以精准打击。

因此,更为简单也更安全的方法,就是“约定通信”。

说白了,它就是咱们以前地下党接头的“打暗号”。

核潜艇出海之前,指挥中心会发放一份约定通信表给艇长,上面会标明各种相关坐标以及联系方式,包括在哪个海域执行什么任务,在什么海域可以获得补给,包括什么时候需要待命,什么时候需要行动等,都在通信表上标明,这样的通讯方式与长波通信结合,能够达到效率更高,效果更好的通讯效果。

比如说,约定通信表上“A”代表补给,“B”代表攻击,那么核潜艇上浮时,收到“A”,就知道要去约定的地方接受补给了。

有没有更先进的通讯方式?

说到这里,大家可能会发现,无论声波还是电磁波,它们的通讯效果多少还是不那么理想的。

那么,有没有通讯效果更好,效率更高的方式呢?

比如说,能不能以后在核潜艇里也能体验到5G网速?或者是核潜艇不用上浮就能接收到讯号?

咱们会想的,科学家们自然也非常上心。

目前不少国家都在研究借助卫星,或者飞机发射蓝绿激光来进行高效率高保密的远程通讯,而我国则致力于量子通讯技术。

这里有必要科普一下什么是“量子通讯”。

量子这个名词,在现代物理学里是属于被广泛知晓但并不是特别多人能够理解的。因此有不少人利用这个听起来高大上的概念去搞什么“量子速读”“量子学习”忽悠人——当然这是另外一个故事了。

实际上,量子就是某个物理量存在最小的不可分割的基本单位,这个单位就叫做量子。它是由德国物理学家M·普朗克在1900年提出的,名称来自于拉丁语quantus,直译就是“相当数量的某物质”。

之所以要采用量子来作为通讯的“载具”,是因为它具备“波粒二象性”,也就是说它既具备波的特性,也具备基本粒子的特性,同时还有“量子纠缠”特性,在微观领域具备高速传播信息的特点(所谓“量子速读”也就是基于这一特性而编出来的忽悠人的鬼话)。

在研究量子通讯技术领域,我国目前的研究结果还不明确,但是可以肯定是已经开始研究并且取得了一定成果的。

但可以通过美国媒体的资讯来作为参考——美军基于量子力学原理研究的全新对潜通信技术,能够实现陆上指挥部和潜艇之间的安全通信,目前已经达到了每秒传输4600个字符的水平。

对比一下前文中提到的长波通信每秒传播10个左右的字符,是不是感觉天壤之别?虽然与想象中的4G或者5G通讯还是有差别,但是在秒速之间传播简单的指令是已经完全没有问题了。

因此,我们只能说,我国的量子通讯技术一旦进入实用阶段,能达到美国这样的水平基本是没问题的,而远程通讯的问题被解决,对于拥有海基核力量的大国来说,就是提升了核潜艇的安全性和任务效率,是具有相当重大的意义的。

大家拭目以待就好。

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