近十年來，人們?cè)趯?shí)現(xiàn)長(zhǎng)程量子通信的關(guān)鍵技術(shù)，如單光子源、量子存儲(chǔ)等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，這都為最終實(shí)現(xiàn)可用的量子中繼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信打下了基礎(chǔ)。而未來，在另一個(gè)可能的長(zhǎng)程量子通信方案——自由空間中的星地傳輸方面，我國(guó)的研究水平也必將一馬當(dāng)先。我國(guó)已率先發(fā)射了墨子衛(wèi)星，建立了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，今后隨著研究深入，人們將更清楚這兩種不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

中科院院士潘建偉曾展望，希望通過10年左右的努力，將來每個(gè)人在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為，都能夠享受到量子通信的安全保障。

量子通信想象圖

“我們大多中國(guó)人都知道老子、孔子、莊子、墨子……真不知道量子！您能不能給我們科普一下，量子是什么子？”今年2月初舉辦的“2016感動(dòng)中國(guó)年度人物”頒獎(jiǎng)典禮上，面對(duì)當(dāng)選“十大年度人物”的中科院院士潘建偉，央視主持人打趣地問。

就是這被潘院士釋為“小小的顆粒”的量子，在2016年8月的一個(gè)夏夜“突然網(wǎng)紅”，世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”發(fā)射升空，一張縱橫寰宇的量子通信“天地網(wǎng)”正逐步織就。我國(guó)量子通信領(lǐng)域取得的卓越成就，驚艷了國(guó)人，在世界舞臺(tái)迎來高光時(shí)刻。

量子通信技術(shù)旨在利用量子態(tài)實(shí)現(xiàn)信息的編碼、傳輸、處理和解碼，特別是利用量子態(tài)（單光子態(tài)和糾纏態(tài)）實(shí)現(xiàn)量子密鑰的分配。目前，量子通信與量子計(jì)算機(jī)已被列入我國(guó)《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》“科技創(chuàng)新2030—重大項(xiàng)目”，是體現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略意圖的重大科技項(xiàng)目。

當(dāng)“領(lǐng)跑”成為習(xí)慣……

著眼當(dāng)下，“在量子通信方面，我們的技術(shù)與國(guó)際最好水平相當(dāng)；特別是實(shí)用化的量子密鑰分配技術(shù)，中國(guó)引領(lǐng)了國(guó)際水平。”中國(guó)科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室韓永建教授對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者介紹。

這項(xiàng)韓永建口中領(lǐng)先的實(shí)用化量子密鑰分配技術(shù)，我國(guó)已十多年在世界范圍內(nèi)“獨(dú)孤求敗”。2005年，中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室就已經(jīng)在商用光纖上實(shí)現(xiàn)了北京和天津之間125公里的量子密鑰傳輸實(shí)驗(yàn)，為城域的量子密鑰分配奠定了基礎(chǔ)。2016年中國(guó)發(fā)射了“墨子號(hào)”衛(wèi)星，為星地之間自由空間的密鑰分配（量子通信）打下了基礎(chǔ)，國(guó)家量子通信骨干網(wǎng)“京滬干線”項(xiàng)目合肥至上海段當(dāng)年底順利開通。此外，在量子密鑰系統(tǒng)的研究以及商業(yè)化方面，我國(guó)也居于領(lǐng)跑位置。

突破前夜 多項(xiàng)成果呼之欲出

“經(jīng)過20多年的投入和研究，量子信息技術(shù)處于取得巨大突破的前夜，相關(guān)新技術(shù)將不斷涌現(xiàn)。”韓永建表示，量子通信（特別是量子密鑰分配）目前在城域范圍（200公里）內(nèi)已處于商業(yè)階段，其他相關(guān)的設(shè)備今后會(huì)迅速地跟進(jìn)完善。

其中，非常重要的量子通信“神器”之一：可用量子中繼的問世指日可待。什么是量子中繼呢？韓永建介紹，光子是天然的量子通信載體，為實(shí)現(xiàn)量子通信，其核心問題是把量子態(tài)傳輸或分配到足夠遠(yuǎn)的地方。由于傳輸信道的特性，光子不可避免會(huì)丟失，隨著距離的增加，這種衰減是指數(shù)增長(zhǎng)的，因而傳輸距離會(huì)受到極大的限制。解決問題的關(guān)鍵便是引入量子中繼。

近十年來，人們?cè)趯?shí)現(xiàn)長(zhǎng)程量子通信的關(guān)鍵技術(shù)，如單光子源、量子存儲(chǔ)等方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，“這都為最終實(shí)現(xiàn)可用的量子中繼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的量子通信打下了基礎(chǔ)。”韓永建表示。而未來，在另一個(gè)可能的長(zhǎng)程量子通信方案——自由空間中的星地傳輸方面，我國(guó)的研究水平也必將一馬當(dāng)先。我國(guó)已率先發(fā)射了墨子衛(wèi)星，建立了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，今后隨著研究深入，人們將更清楚這兩種不同方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

10年內(nèi)“飛”入千萬家

如此高精尖的量子通信技術(shù)，未來有哪些用武之地，又將如何惠及普通大眾？中科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室副研究員袁嵐峰對(duì)科技日?qǐng)?bào)記者說，“量子通信最大的優(yōu)越性就在于保密，只要有消費(fèi)者認(rèn)為自己的信息值得高度保密，量子通信就不乏潛在的用戶。目前已經(jīng)有政府和金融單位在試用量子通信產(chǎn)品”。潘建偉院士也曾表示，如果沒有信息安全，所有重要的應(yīng)用都是無法運(yùn)行的。假如你有一輛無人駕駛汽車，別人用信號(hào)控制一下它怎么辦？作為迄今唯一被證明理論上無條件安全的量子通信，“它可以覆蓋到所有需要信息安全的地方”。

量子通信民用普及的程度取決于其成本下降的快慢，袁嵐峰介紹，量子保密通信的終端機(jī)，五年間成本就從百萬元下降到一二十萬元左右，降幅近10倍。他估計(jì)，在可預(yù)見的未來，終端設(shè)備還可能降至萬元以下，進(jìn)入家庭是完全可能的，會(huì)有廣闊的消費(fèi)者市場(chǎng)。

潘建偉也曾展望，希望通過10年左右的努力，將來每個(gè)人在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行的轉(zhuǎn)款、支付等消費(fèi)行為，都能夠享受到量子通信的安全保障。

未來天地量子通信的鏈路正在打開

中科院院士、南京郵電大學(xué)教授尹浩預(yù)測(cè)，到2020年，中國(guó)區(qū)域量子通信網(wǎng)絡(luò)可成熟應(yīng)用；到2030年，星地一體的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)即可投入應(yīng)用。潘建偉則詳細(xì)地描述了未來的圖景——隨著衛(wèi)星的發(fā)射，未來天地量子通信的鏈路就打開了，打開后我們就可以暢想，也許將來天上不止一顆星，會(huì)有幾顆甚至幾十顆星。“或者可以把我們的設(shè)備搭載到我國(guó)現(xiàn)有的一些星群上面，構(gòu)成一個(gè)星座。有了星座之后，就可以非常方便地來實(shí)現(xiàn)全球范圍內(nèi)的量子密鑰分發(fā)。我想這是對(duì)量子通信未來發(fā)展非常重要的一步。”

“以先賢的名義，做前無古人的事業(yè)”，這是感動(dòng)中國(guó)評(píng)委對(duì)潘建偉的頒獎(jiǎng)詞。“墨子”號(hào)的上天，之所以有前無古人的意義，袁嵐峰認(rèn)為，緣于它標(biāo)志著中國(guó)即將開啟一個(gè)全新的產(chǎn)業(yè)，這從人類進(jìn)入現(xiàn)代社會(huì)以來還是第一次。只有量子通信，在國(guó)際上是沒有先例的，所以這個(gè)中國(guó)首創(chuàng)的產(chǎn)業(yè)歷史意義非常重大。以潘建偉、郭光燦、杜江峰為代表的一批科學(xué)家所開創(chuàng)的業(yè)績(jī)，是時(shí)代的最強(qiáng)音。”

未來，我國(guó)量子科學(xué)家“夢(mèng)之隊(duì)”，必將在究天人之際、與科學(xué)“糾纏”的求索之路上始終不渝地走下去，完成先賢未竟的事業(yè)。

轉(zhuǎn)載自：科技日?qǐng)?bào)