期待量子通信改变VR的传输瓶颈

期待量子通信改变VR的传输瓶颈

中国科学院国家空间科学中心研制的“墨子号”卫星,在中国的酒泉卫星发射中心成功发射升空并进入预定轨道。“墨子号”是一颗量子卫星,也是世界上第一颗量子卫星。
这条信息直接刷爆了朋友圈,所有人都在庆祝,中国又多了一项世界第一。
虚拟现实圈也在刷,庆祝墨子号发射成功,并预言量子通信未来可能会改变虚拟现实的发展,极大的促进虚拟现实的进步。
但是非常遗憾,VR日报今天可能要给大家泼凉水:墨子号飞天是值得咱们举国欢庆的喜事,但量子通信对于解决虚拟现实的传输瓶颈,作用微乎其微。
量子通信并不能帮助提高信道容量
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当然,并不是说墨子号是浪得虚名。
量子通信是怎么一回事?
根据量子科学的基本原理:两颗纠缠的光子被拆散之后,无论相距多远,总会心灵感应,一个形态发生变化,另一个会像镜子一样同步变化。利用这个特性实现光量子通信的过程如下:事先构建一对具有纠缠态的粒子,将两个粒子分别放在通信双方,将具有未知量子态的粒子与发送方的粒子进行联合测量(一种操作),则接收方的粒子瞬间发生变化成为某种状态,这个状态与发送方的粒子变化后的状态是对称的,然后将联合测量的信息通过经典信道传送给接收方,接收放根据接收到的信息对坍塌的粒子进行逆转变换,即可得到与发送方完全相同的未知量子态。
与经典通信相比,量子通信的安全性几乎是绝对的——绝不会“泄密”。
在量子通信过程中,信息本身经过经典通信传输,量子通信传输的只是密钥。量子加密的密钥是随机的,几乎可以做到用一次换一次,即使信息内容本身被窃取者截获,由于无法得到正确的密钥,因此无法破解信息。如果窃取者试图截获密钥,必须先截获光子,再去观测它,根据量子理论,宏观的任何观察和干扰,都会立刻改变量子态,引起其坍塌,因此光子会发生变化。结果密钥接收方要么没收到光子,要么收到光子后去跟发送方校验,发现结果不一样,马上就能反应过来通信过程被监听。当然,这并没有什么关系,一旦发现密钥丢失,申请重新传输新密钥,确认无误再解密信息。
墨子号有什么作用?
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在有线光纤为基础的量子通讯领域,由于光量子的不可分割特性,远距离传输不能进行信号放大,而损耗却很多,造成在远距离上信息传递效率很低。太空的真空环境却能让光量子在传输过程中的损耗大为降低,墨子号与地面发射站之间的距离为500公里,能够完美的充当覆盖全球的量子通信网络的中继站。这样一来,就使得量子通信不再局限于域内通信,而是可以覆盖整个地球!
所以,无论是墨子号也好,还是量子通信,重点并不在于信道容量,而在于信道安全。这与虚拟现实所要求的大容量信道并无相通之处,对于虚拟现实所要求的大体量数据传输也并不会有实际帮助。
量子通信的优点不在于速度,而在于保密。经典通信方式的信息传递速度已经是光速了,5G网络相比4G网络,提高的是单位时间里的传输字节数,即信道容量,在这方面经典通信反而比量子通信强得多。
虚拟现实对于通信能力的要求
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在虚拟现实圈子里,之所以有人对墨子号飞天感到欢欣鼓舞,是因为虚拟现实发展到目前,有一个巨大的瓶颈阻碍者整个行业的进步——通信传输能力。
通信传输能力是如何成为横亘在VR面前的大山的?
首先我们需要搞清楚虚拟现实对于人类的意义在于哪里:
虚拟现实通过硬件设备阻断人原有的视觉输入,并呈现出虚拟影像占据人类视觉,再辅之以与影像的其他交互,实现欺骗大脑的目的。

要实现以上目的,拥有支持VR计算的强大(经济)计算机是必备的,而次之的,就是强大的数据传输能力。
这个数据传输能力需要多强大呢?
大家可以尝试分两个方向去理解。
一个是将人眼每秒钟接收到的信息全部数据化,转化而来的数据文件会有多大?用Gb为单位来衡量恐怕是不行的,最少都应该是Tb为单位了。同样的,虚拟现实想要欺骗你的大脑,需要呈现在你面前的内容,就和人眼在现实中接收到的数据容量一样大。那么即使是一个简单的VR视频或者VR直播,其数据传输量就是一个天文数字。
二个是如果需要用VR设备营造出一个真实到足够欺骗大脑的影像,还要实现和用户的反馈与互动,终端的计算能力需要十分强大。在未来很可能是以云端计算结果下发终端的形式进行,这个结果庞大的体量就需要强大的网络通信能力来支持。那么比如用户在进行多人在线vr游戏时,频次密集的交互反馈需求,如果没有庞大的信道容量做支持,游戏体验将会是一团渣。
现阶段的网络数据传输有多快?
现有的网络通信能力,对于一个用户观看2K视频平均需要4Mbp的带宽,4K视频则需要18Mbp,而VR则需要175Mbp。加上现有网络的速率通常会受到不同程度的损耗,所以需要更大的网络容量才能支撑VR高品质画面的传输。
目前,国内三大运营商正在从4G向4G+过度。在4G+的网络下,手机上网下载速率最高可达300Mbps,上传速率最高可达50Mbps,这样的速率对于有线的VR或许可以支撑,但体验并不是最佳。

在网络数据传输能力不够的情况下,伴随之的还有极高的宽带成本。以1080p、20M来计算,用VR体验360°视频,单位用户成本是今天电视用户成本的10倍,是手机用户成本的100倍。例如爱奇艺的付费用户,现在的价格为15元或者30元钱/月,而要保持同样的利润率,会员需要付费3000元/月来观看VR。
总结来说,虚拟现实对于网络数据传输能力的巨大需求和现实中网络数据传输能力的不足之间的矛盾,造就了虚拟现实圈对墨子号飞天的一片欢呼雀跃。只不过,大多数人将会失望了。
所以,虚拟现实的在线传输,重任还是在5G肩上。
我们需要为墨子号欢呼鼓掌,然而,它对于虚拟现实,并没有什么卵用。倒是虚无缥缈的量子计算机,未来可能会给虚拟现实带来深远影响。