10、量子计算在卫星领域的应用探索

量子计算在卫星领域的应用探索

1. 量子基础与通信挑战

人工智能、机器学习和区块链的应用与物质的不同量子态相关。在量子物理学中，量子比特（qubits）具有连续空间，在量子力学理论下，对量子比特的幺正操作同样具有连续空间。由于幺正量子过程的精度有限，为了在它们之间构建理想通道，需要将其与周围环境隔离。但在实际操作中，完全隔离是不可行的，因为必须与量子比特进行交互才能完成隔离。

在自由空间量子通信方面，持续在嘈杂环境中传输量子态的能力是成功的关键需求之一，也是最难实现的。目前，由于缺乏有效的量子中继器，基于光纤的量子密钥分发范围限制在约100公里。相比之下，自由空间量子密码技术允许光子在不影响安全性的情况下远距离传输。

2. 量子计算在卫星图像处理中的应用

2.1 卫星图像处理的重要性与挑战

卫星图像处理在获取有用信息方面需要大量处理，这对计算能力要求极高。卫星图像的高计算需求源于处理步骤多和图像内存大，单张卫星图像常超1GB，其内存大小取决于空间分辨率、光谱分辨率和辐射分辨率，分辨率越高，存储所需内存越大。传统计算机处理卫星图像耗时久，而量子计算机处理卫星图像则可大幅节省时间。

2.2 卫星图像处理的阶段

卫星图像处理主要分为预处理和后处理两个阶段。
- 预处理 ：
- 核心功能 ：地理参考和几何校正，用于补偿传感器和平台特定的辐射和几何缺陷导致的数据失真。
- 具体操作 ：
- 地理参考 ：为图像分