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中国大成就

一、港珠澳大桥:

港珠澳大桥是迄今为止世界上最长的跨海大桥,全长55公里,设计使用寿命120年,是中国建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁,被一些媒体称为“现代世界七大奇迹之一”CCTV直播称它为“超级工程”,大桥通车后,香港、澳门、珠海将形成“一小时都市圈”。

港珠澳大桥项目研究始于2004年,其工程方案已基本确定。

《港珠澳大桥工程可行性报告》推荐路线东岸起点位于香港大屿山石散石湾,跨海到达分离设置的珠海及澳门口岸区,往珠海方向则通过隧道穿越拱北建成区域,与预规划的京港澳高速公路连接。

大桥建设内容主要有:

海中桥隧工程(包括海中桥隧主体工程、香港口岸与大桥的连接立交桥;澳门口岸与大桥的连接桥;

珠海口岸与大桥的连接桥)、香港口岸人工岛填海及口岸设施、澳门口岸人工岛填海及口岸设施、珠海口岸人工岛填海及口岸设施、珠海侧接线。

2009年12月15日,港珠澳大桥正式动工,珠澳口岸人工岛填海工程开工仪式于当日上午在珠海情侣南路东延长线一段举行。

海上作业船抓斗挖出第一斗泥沙,标志着港珠澳大桥建设开工。

2011年1月,岛隧工程正式动工,至年底完成东、西人工岛岛壁围护工程,实现“当年动工,当年成岛”的目标。

2015年1月港珠澳大桥第一高塔封顶,青州航道桥主塔高度达163米,是港珠澳大桥跨度最大、主塔最高的通航孔桥,建成后将成为“中国结”主题造型。

2016年6月29日,随着最后一个中跨钢箱梁进入江海直达船航道桥合龙口,港珠澳大桥主体桥梁宣告成功合龙。

2016年9月27日港珠澳大桥主体桥梁工程贯通。

港珠澳大桥中的高科技:

沉管创新:

港珠澳大桥6.7公里的海底沉管隧道,实现桥梁与隧道的转换,是我国建设的第一座外海沉管隧道,也是世界上最长的公路沉管隧道和唯一的深埋沉管隧道,是大桥建设技术最复杂、建设难度最大的部分,极具挑战性。

开始是找了当时荷兰的一家世界上最好的公司合作,当时人家开了个天价:

1.5亿欧元!

当时差不多约合15亿人民币。

难以承受国外高额的技术咨询费用,世界上其他国家的沉管隧道技术也无法在此照搬套用,林鸣不得不从零开始,自主攻关,待领团队开始挑战外海深埋沉管。

外海沉管有挑战,最终一节的接头合龙就是这个挑战最困难的部分,一百多年来也没有找到特别好的方法,最后还是中国工程师经过4年的研究和攻关找到了办法。

2017年5月2日早晨日出时分,最后一节沉管的安装开始了,按照传统的方法,完成这项安装至少需要8到10个月,但在新方法的指导下,我们实现贯通,仅用一天!

这是7年建设中,最令林鸣感到高兴的事情。

在建设过程中,林鸣和他的团队对沉管的设计,生产和安装技术进行了一些列创新,为世界海底隧道工程技术,提供了独特的样本和宝贵的经验。

建设意义:

港珠澳大桥成为世界最长的跨海大桥。

作为中国建设史上里程最长、投资最多、施工难度最大的跨海桥梁项目,港珠澳大桥受到海内外广泛关注。

港珠澳大桥将连起世界最具活力经济区,快速通道的建成对香港、澳门、珠海三地经济社会一体化意义深远。

大桥造价超过720亿元,由中央以及粤港澳三地政府共同出资兴建,全长49.968公里,其中主体工程“海中桥隧”长达35.578公里,相当于9座深圳湾公路大桥,建成后将成为世界最长的跨海大桥。

开车从香港到珠海的时间将由目前的3个多小时缩减为半个多小时。

港珠澳大桥项目跨越伶仃洋,东接香港,西接珠海和澳门,是“一国两制”框架下粤港澳三地首次合作建设的大型跨海交通工程,也是世界上最长的跨海大桥工程。

“世纪工程”港珠澳大桥2009年12月15日在珠海动工,2016年3月30日随着最后一片重达1950吨钢箱梁的成功吊装,港珠澳大桥主体工程非通航孔桥箱梁吊装30日全部完成,通航孔桥大节段钢箱梁吊装预计于8月底完成。

届时,港珠澳大桥桥梁将全面合龙。

2017年年底工程全部完成后,从香港到珠海的车程只需半小时,粤港澳三地将紧密连接在一起。

二、中国天眼

500米口径球面射电望远镜(Five-hundred-meterApertureSphericalradioTelescope),简称FAST,位于贵州省黔南布依族苗族自治州平塘县大窝凼的喀斯特洼坑中。

由我国天文学家南仁东于1994年提出构想,历时22年建成,约6.67亿人民币。

于2016年9月25日落成启用。

是由中国科学院国家天文台主导建设,具有我国自主知识产权、世界最大单口径、最灵敏的射电望远镜。

简介:

500米口径球面射电望远镜作为国家重大科技基础设施,“天眼”工程由主动反射面系统、馈源支撑系统、测量与控制系统、接收机与终端及观测基地等几大部分构成。

主动反射面是由上万根钢索和4450个反射单元组成的球冠型索膜结构,其外形像一口巨大的锅,接收面积相当于30个标准足球场。

利用天然的喀斯特洼坑作为台址,洼坑内铺设数千块单元组成冠状主动反射面,采用轻型索拖动机构和并联机器人实现接收机高精度定位,这是中国‘天眼’的三大自主创新。

借助这只巨大的“天眼”,科研人员可以窥探星际之间互动的信息,观测暗物质,测定黑洞质量,甚至搜寻可能存在的星外文明。

众多独门绝技让其成为世界射电望远镜中的佼佼者,这也将为世界天文学的新发现提供重要机遇。

与德国波恩100米望远镜相比,“天眼”的灵敏度提高了约10倍;与美国阿雷西博350米望远镜相比,“天眼”的综合性能也提高了约10倍。

“天眼”能够接收到137亿光年以外的电磁信号。

从2016年9月25日起,“天眼”方圆5公里将成为“静默区”。

这个庞然大物开始睁开“慧眼”,专注地捕捉来自宇宙深空的信号。

 

索网结构:

索网结构是FAST主动反射面的主要支撑结构,是反射面主动变位工作的关键点。

索网制造与安装工程也是500米口径球面射电望远镜工程的主要技术难点之一,其关键技术问题主要包括:

超大跨度索网安装方案设计、超高疲劳性能钢索结构研制、超高精度索结构制造工艺等。

而索网工程的顺利完成,意味着FAST工程已经在上述关键技术难点方面实现实质性突破。

FAST索网结构直径500米,采用短程线网格划分,并采用间断设计方式,即主索之间通过节点断开。

索网结构的一些关键指标远高于国内外相关领域的规范要求:

例如,主索索段控制精度须达到1毫米以内,主索节点的位置精度须达到5毫米,索构件疲劳强度不得低于500MPa。

整个索网共6670根主索、2225个主索节点及相同数量的下拉索。

索网总重量约为1300余吨,主索截面一共有16种规格,截面积介于280—1319平方毫米之间。

由于场地条件限制,全部索结构须在高空中进行拼装。

索网采取主动变位的独特工作方式,即根据观测天体的方位,利用促动器控制下拉索,在500米口径反射面的不同区域形成直径为300米的抛物面,以实现天体观测。

FAST索网是世界上跨度最大、精度最高的索网结构,也是世界上第一个采用变位工作方式的索网体系。

其技术难度不言而喻,需要攻克的技术难题贯穿索网的设计、制造及安装全过程。

仅以高应力幅钢索研制为例,FAST工程对拉索疲劳性能的要求相当于规范规定值的2倍,国内外均没有可借鉴的经验或资料作为参考。

其研制工作经历了反复的“失败—认识—修改—完善”过程,最终历时一年半时间才完成技术攻关。

所取得的成果已经在国际专家评审会上得到国外专家组的认可,成功在FAST工程上得到应用。

随着索网诸多技术难题的不断攻克,形成了12项自主创新性的专利成果,其中发明专利7项,这些成果对我国索结构工程水平起到了巨大的提升作用。

系统构成:

台址勘察与开挖系统:

拟对选定区域的地形、工程地质和水文地质环境等进行工程详细勘察、对FAST望远镜主动反射面整体工程区域土石方进行开挖、以及对洼地排水通道进行设计等。

主动反射面系统:

包括一个口径500米由近万根钢索组成的反射面索网主体、反射面单元、促动器装置、地锚、圈梁等。

反射面索网安装在格构式环形圈梁上,它有2400个连接节点,在索网上安装4600个反射面单元,2400个节点下方连接下拉索和促动器装置,促动器再与地锚连接,形成了完整的主动反射面系统,能够实现实时控制下形成瞬时300米口径抛物面的功能。

馈源支撑系统:

在洼地周边山峰上建造6个百余米的支撑塔,安装公里尺度的钢索柔性支撑体系及其导索、卷索机构,以实现馈源舱的一级空间位置调整;制造直径10米左右的馈源舱,在馈源舱内安装Stewart平台(精调并联机器人)用于二级调整;制造两级调整机构之间的转向机构,辅助调整馈源舱的姿态角。

测量与控制系统:

建设10余个毫米级精度基准站组成的测量基准网。

通过9个近景测量基站,对反射面位形实时扫描;利用激光跟踪仪及激光跟踪系统实现对馈源舱实时反馈的控制;建设现场总线系统,实现反射面的主动变形;建设实时检测和健康监测系统。

馈源与接收机系统:

研制高性能的多波束馈源接收机,频率覆70MHz-3GHz。

研制馈源、低噪声制冷放大器、宽频带数字中频传输设备、高稳定度的时钟和高精度的频率标准设备等。

配置多用途数字天文终端设备。

观测基地建设:

主要负责观测基地及辅助设施的建设(包括道路施工等),以确保高质量的支持望远镜的运行、观测和维护,并满足FAST工作人员的工作与生活需要。

根据功能需要,观测基地的建筑计划包括综合楼、维修厂房和分散在基地及反射面周围的零星建筑等。

意义价值:

具有中国独立自主知识产权的FAST,是世界上目前口径最大、最具威力的单天线射电望远镜,其设计综合体现了我国高技术创新能力。

它将在基础研究众多领域,例如宇宙大尺度物理学、物质深层次结构和规律等方向提供发现和突破的机遇,也将在日地环境研究、国防建设和国家安全等方面发挥不可替代的作用。

其建设将推动众多高科技领域的发展,提高原始创新能力、集成创新能力和引进消化吸收再创新能力。

它的建设与运行将促进西部经济的繁荣和社会进步,符合国家区域发展总体战略。

FAST的天线口径为500米,将是国际上最大的单口径望远镜,与号称“地面最大的机器”德国波恩100米望远镜相比,其灵敏度提高约10倍。

如果天体在宇宙空间均匀分布,FAST可观测目标的数目将增加约30倍。

与美国Arecibo300米望远镜相比,FAST灵敏度高2.25倍,而且Arecibo20°天顶角的工作极限,限制了观测天区,特别是限制联网观测能力。

可以预测FAST将在未来20-30年保持世界一流设备的地位,并将吸引国内外一流人才和前沿科研课题,成为国际天文学术交流中心。

应用价值:

1、能把中国空间测控能力由地球同步轨道延伸至太阳系外缘,将深空通讯数据下行速率提高100倍。

2、脉冲星到达时间测量精度由120纳秒提高至30纳秒,成为国际上最精确的脉冲星计时阵,为自主导航这一前瞻性研究制作脉冲星钟。

3、进行高分辨率微波巡视,以1HZ的分辩率诊断识别微弱的空间讯号,作为被动战略雷达为国家安全服务。

4、基于FAST的强大功能,如果银河系(直径约为15万光年)内存在外星人,他们的信息就很可能被发现。

国际科研项目“搜寻外星人计划”(SETI)的首席科学家丹·沃西默最近向中方提出,希望在FAST加装设备,可合作搜索外星人信号。

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首要目标:

FAST总工艺师王启明表示,在FAST的科学目标中,确实“包括寻找地外文明”,“但是这并不是我们排在最前列的目标”。

“排在我们最前列的目标是寻找脉冲星。

”他说。

脉冲星是快速自转的中子星,它能够发射严格周期性脉冲信号。

脉冲星的观测研究不仅具有重要的物理意义,而且具有重要应用价值,在时间尺度、深空自主导航等方面具有重要的应用前景。

三、中国大飞机:

C919中型客机,全称COMAC C919,是中国首款按照最新国际适航标准,具有自主知识产权的干线民用飞机,于2008年开始研制。

C是China的首字母,也是中国商飞英文缩写COMAC的首字母,第一个“9”的寓意是天长地久,“19”代表的是中国首型中型客机最大载客量为190座。

C919大型客机是我国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机,座级158-168座,航程4075-5555公里。

2017年5月5日成功首飞。

累计24家客户600架订单。

2017年7月,国产大型客机C919第二架飞行试验机即将开展机上功能检查试验,预计第四季度首次飞行。

C919的研制凝聚着中国数十万科研人员的心血。

据统计,国内有22个省份、200多家企业、36所高校、数十万产业人员参与了C919大型客机研制。

研制背景:

大飞机重大专项是党中央、国务院建设创新型国家,提高我国自主创新能力和增强国家核心竞争力的重大战略决策,是《国家中长期科学与技术发展规划纲要(2006-2020)》确定的16个重大专项之一。

让中国的大飞机飞上蓝天,是国家的意志,人民的意志。

中国商用飞机有限责任公司成立于2008年,总部设在上海,是实施国家大飞机重大专项中大型客机项目的主体,员工8300多人,确定了“一个总部,六大中心”的布局。

设计研发中心承担了我国首次自主研制的C919中型客机、ARJ21新支线飞机的工程设计任务和技术抓总责任。

基本原则

1.坚持中国特色。

一切从我国的基本国情出发,充分发挥社会主义制度能够集中力量办大事的政治优势。

2.体现技术进步。

要确保我们研制出来的大客机在未来的同类产品中具有竞争性。

3.深化战略合作。

要按照“主制造商-供应商”模式。

4.创新体制机制。

要树立系统工程的理念和运用系统工程的方法,大力推进体制机制创新和管理创新。

5.自主知识产权。

根据国内外市场需求,全面按照国际民航规章和适航标准,综合考虑安全、经济、舒适、环保的要求自主研发,拥有完全自主知识产权。

具体原则

1.具有完全自主知识产权。

2.项目初期采购部分国外系统设备,鼓励国外供应商在中国发展。

逐步形成我国民机产业。

3.满足2020年国际要求(如污染排放,噪声等)。

4.确保安全性、突出经济性、提高可靠性、改善舒适性、强调环保性。

5.掌握和了解市场与客户的需求,减阻、减重、减排,全面优于竞争机,直接使用成本(DOC)降低10%。

6.采用国际标准,以国内销售为主,打入国际市场。

7.强化战略合作。

要按照“主供应商-供应商”模式,深化国际国内合作,风险共担、利益共享,形成大型客机的国际国内供应商体系。

重要贡献高校

清华大学

清华大学参与飞机设计的主要方向———气动总体、结构强度、航电、飞控和液压系统等。

航天航空学院的肖志祥参与了总体方案设计论证,陈海昕、张宇飞参加了气动外形设计论证工作,葛东云参加了结构强度论证,自动化系程农、李清参加了航电和飞控系统论证工作,精仪系关立文参加了液压系统论证工作、朱春霞参加了起落架的论证工作。

南京航空航天大学

南京航空航天大学联合工程队参与了大飞机项目的总体、气动、强度、材料、航电、飞控、动力、环控、防冰、四性、适航等内容的论证工作。

同时,飞机设计、空气动力、结构强度、材料制造、适航管理等领域,共承担140余个项目,经费过亿元。

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学为C919大飞机“起飞”做出了重要贡献。

其中包括C919飞机中央翼复合材料后梁大开口补强设计技术研究、C919大飞机铝合金机身激光焊接技术及装备研究。

 

上海交通大学

在C919大型客机研发设计的过程中,上海交通大学在总体、结构、制造、材料、航电、人因等专业或领域发挥了重要作用,研究团队分布在交大机械与动力工程学院、材料科学与工程学院、船舶海洋与建筑工程学院、电子信息与电气工程学院、航空航天学院、化学化工学院等多个学院。

 

复旦大学

复旦大学航空航天系艾剑良教授、杨爱明副教授、孙刚教授课题组,光源与照明工程系林燕丹教授、孙耀杰教授,计算机科学技术学院杨卫东教授等有幸承担了其中的相关研究课题,助力国产大飞机上天。

 

合肥工业大学

合肥工业大学电气与自动化工程学院教授段泽民及其科研团队全程参与了该机型雷电防护方面的研制工作。

天津大学

座舱环境控制系统,即飞机的“呼吸系统”具体空气分配设计方案的数值仿真和优化设计,由天津大学团队完成。

西北工业大学

西北工业大学重点参与了大客总体方案设计论证等工作,多个学院共有82位师生参与了C919飞机的动力系统、控制系统、结构设计、航电等在内的课题攻关。

包括航空学院高正红教授团队、李玉龙教授团队、宋笔锋教授团队、张彬乾教授团队、西工大机电学院参与研究了微机电系统制造平台,对飞机减阻、降噪的影响等进行研究,并获得重要数据。

 

大连理工大学

大连理工大学工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室白瑞祥团队先后承担并圆满完成了C919加筋壁板结构、垂尾盒段结构以及尾翼前缘抗鸟撞等结构的承载能力检测和力学性能计算评估等5项课题。

北京航空航天大学

北京航空航天大学在总体、结构、材料、气动、适航等领域发挥了重要作用,包括参与C919的气动弹性科研攻关,形成了气动弹性专业的技术方案;在国内首次自主全过程地完成了大型飞机热气防冰系统的设计,开发研制了一套具有自主知识产权的飞机防冰系统设计与评估软件;刘沛清团队完成了多项技术攻关课题,其中包括高亚声速机翼设计等;焦宗夏团队为C919研制了国内第一台C919大型客机多轮刹车系统的便携式自动测试系统;熊峻江团队开展了“民机金属结构疲劳评定体系方案”研究;张广军院士团队研制的航空装备飞行性能动态测试站等等。

武汉理工大学

武汉理工大学参与了C919大飞机复合材料选材,以及结构强度设计与分析工作。

团队由武汉理工大学傅正义教授、王继辉教授、刘立胜教授等10余名教师领衔,师生共60余人。

中南大学

大飞机的机轮刹车系统由中南大学独家提供,并由中南大学校控股公司制造完成。

燕山大学

燕山大学参与了轴承项目、液压管路应力分析规范和中机身运输的研发。

C919对中国有什么重大意义:

大型飞机是现代高新技术的高度集成,被称为“工业皇冠上的明珠”。

C919意味着中国民航将不再依赖国外进口,中国的飞机制造真正走出一条自主研制的大发展之路。

上百万个精细零部件,几乎覆盖所有工业门类的高端制造——国产大飞机翱翔蓝天,无疑将带动中国制造业向“微笑曲线”两段迈进。

  从上游看,大型客机的研制能带动新材料、现代制造、先进动力、电子信息、自动控制、计算机等领域关键技术的群体突破,可拉动众多高技术产业发展,技术扩散率高达60%。

其产业的技术升级必然要求包括流体力学、固体力学计算数学、热物理、化学、信息科学、环境科学等诸多基础学科的大幅度进步。

从下游看,大型民用飞机的商业运营,对民航运输、航空维修、航空金融、旅游、物流等产业有着极大的影响。

对我国来说,大型飞机技术的突破,不仅会带动一批新产业的发展,而且通过在国内不断拓展产业链并引入适航认证,将倒逼我国工业标准的升级,从而带动我国工业制造能力和水平的全面提升。

有专家表示,进入2l世纪,唯有像大飞机这样的高端大型装备制造业取得突破,才能支撑中国作为一个工业强国的基础。

同时,也为中国由“制造大国”向“制造强国”的转型作出贡献。

四、量子通信卫星——墨子号

2016年8月16日凌晨1:

41,备受瞩目的中国首颗量子科学实验卫星“墨子”在酒泉成功发射升空。

中国发射全球首颗量子卫星,这不仅仅是中国迈出构建量子通信网络的第一步,也是一个非常好的用于做远距离纠缠分发和量子隐形传态的基础科学研究的平台,为探索自由空间量子通信技术打下良好的基础。

作为迄今为止唯一被严格证明是无条件安全的通信方式,量子通信技术在金融、军事和政务等领域的应用前景得到了世界各国的广泛关注,美国、日本等国也启动了相关的研究计划。

此次“墨子号”的发射,更巩固了我国在量子通信领域的世界领先地位。

“墨子号”量子实验卫星的主要科研任务有三个:

首先,通过量子卫星实现卫星和地面的量子密钥分发,从而实现广域的量子保密通信。

之所以需要通过发射卫星来建立天地之间的量子通信网络,是由于地面信号的传输主要以光纤为媒介,而光纤传输的过程中信号损失相当严重,实验表明光纤传输的量子通信信号在两百公里以后就几乎被吸收殆尽,如果人类想实现远距离的量子通信传输就必须建立多个安全可信的信号中继站,这无疑大大增加了信息泄露的几率。

科学家们经过研究发现,光在穿透大气层的过程中能量损失仅为百分之二十,也就是说天地之间数千公里甚至上万公里的距离,光在其间传输的损耗要远远低于在地面光纤网络中传输的损耗。

利用这一原理,人类利用空间中的量子卫星作为地面网络的中转站,可以将地面多个城市中建立起的城际量子通信网络连接起来,从而极大地提高量子通信的效率。

其次,“墨子号”还承担着对量子力学本身的基本原理进行检验的实验任务。

量子纠缠态是量子力学中的一个经典现象,即在多粒子量子系统中,一对具有量子纠缠态的粒子,即使相隔极远,当其中一个状态改变时,另一个状态也会即刻发生相应改变。

这种现象称为“量子非定域性”,曾经被爱因斯坦等用来质疑量子力学理论的完备性,并引发了长期的争论和持续至今的各种检验。

科学家们在地面上已在相距100公里的距离成功地验证了量子非定域性,但尚未做到严格无漏洞的终极检验。

而量子卫星将把这个实验带到外层空间,将在国际上首次得以实现千公里量级的量子非定域性实验检验,对于人类加深对量子力学基础理论的认识具有重要的意义。

第三,“墨子号”将连接中国和奥地利之间的量子通信网,以证明全球规模的量子通信网络设想是可行的。

这也是我国在量子通信领域开展的第一个大型国际合作,潘建伟也表示,未来我国将与更多国家开展合作,共同推动量子通信领域的进步与发展。

潘建伟还介绍道,作为建设“天地一体化”通信网络的重要组成部分,“墨子号”量子卫星与普通卫星相比存在着巨大的差异。

发射升空的量子卫星以及建设在地面的多个地面观测站,共同组成了前所未有的覆盖地面和空间的巨大实验网络。

“针尖对麦芒”的精准定位:

墨子号”量子通信卫星作为天地一体化的空间中转站,其承担着发射和传输光信号的重要任务,如何保证距离地球表面数百公里的光信号能够顺利被地面光学天线接收,潘建伟形象化地解释道,这其中涉及到的关键性实验技术的难度就好比是“针尖对麦芒”一样。

潘建伟介绍说,由于卫星发射的光信号是极其微弱的单光子级别,在由空间向地面传输的过程中会受到许多因素的干扰,比如星光、灯光等都将成为干扰信号传输的背景噪声。

此外,卫星的运动速度很快,地面的光学天线必须时刻紧跟卫星的“节奏”才有可能实现信号的准确接收。

所以,在“墨子号”量子通信卫星的设计过程中,不仅要克服各种噪声的干扰保证信号源的稳定,同时还要实现与地面光学天线的准确对接。

尽管是如同“针尖对麦芒”般苛刻的实验条件,但是在我国科学家的不懈努力下,如此困难的技术难题也依然得到了解决。

开启量子通信新时代:

随着量子卫星的发射升空和下半年“京沪干线”的完工,中国的广域量子通信体系为率先建成全球化的量子通信卫星网络奠定了基础,人类即将实现全球范围内卫星和地面间的首次量子通信。

“天地一体化”的量子通信网络即将铺就,历经30余年的量子信息研究也将步入深化应用的时代。

未来,量子通信不仅仅只是一种全新的加密通信手段,它将成为新一代信息网络安全解决方案的关键技术和日益普遍的电子服务的安全基石,成为保障未来信息社会可信行为的重要基础之一。

也许就在不远的将来,量子通信技术将如同手机、电脑一般,走入寻常百姓家。

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