近十年(nian)來(lai)，人們在實(shi)現長程(cheng)量(liang)子(zi)通(tong)信的(de)(de)關鍵技術，如單光子(zi)源、量(liang)子(zi)存儲等方(fang)面都取得(de)了長足的(de)(de)進展，這(zhe)都為最(zui)終實(shi)現可用(yong)的(de)(de)量(liang)子(zi)中(zhong)繼，進而實(shi)現遠距離的(de)(de)量(liang)子(zi)通(tong)信打下了基礎(chu)。而未來(lai)，在另一個可能的(de)(de)長程(cheng)量(liang)子(zi)通(tong)信方(fang)案——自由空間中(zhong)的(de)(de)星地傳輸方(fang)面，我國的(de)(de)研(yan)(yan)究水平也必將一馬(ma)當先(xian)(xian)。我國已率先(xian)(xian)發射了墨子(zi)衛星，建立了相關的(de)(de)實(shi)驗平臺，今后隨著研(yan)(yan)究深入，人們將更(geng)清(qing)楚這(zhe)兩種不同方(fang)案的(de)(de)優缺點。

中科院(yuan)院(yuan)士潘(pan)建偉曾展望，希望通過10年左右的努力，將來每個人在互聯網(wang)上進行的轉款(kuan)、支付等消費行為，都能夠享受(shou)到(dao)量(liang)子通信的安全保障。

量子(zi)通信想象圖

“我(wo)們(men)大多中(zhong)國(guo)人都(dou)知道老子(zi)(zi)(zi)(zi)、孔子(zi)(zi)(zi)(zi)、莊子(zi)(zi)(zi)(zi)、墨子(zi)(zi)(zi)(zi)……真不知道量子(zi)(zi)(zi)(zi)！您能不能給我(wo)們(men)科普一(yi)下，量子(zi)(zi)(zi)(zi)是什么子(zi)(zi)(zi)(zi)？”今(jin)年(nian)2月(yue)初(chu)舉辦的“2016感(gan)動(dong)中(zhong)國(guo)年(nian)度(du)人物”頒獎典禮(li)上，面對(dui)當選“十大年(nian)度(du)人物”的中(zhong)科院(yuan)院(yuan)士潘建偉，央(yang)視主(zhu)持人打趣地(di)問。

就(jiu)是這(zhe)被潘院士釋為“小小的(de)顆粒”的(de)量子，在(zai)2016年(nian)8月的(de)一個夏(xia)夜“突(tu)然網紅(hong)”，世(shi)界(jie)首顆量子科學實驗(yan)衛(wei)星(xing)“墨子號”發射升(sheng)空，一張縱(zong)橫(heng)寰宇的(de)量子通信(xin)“天地網”正逐步(bu)織就(jiu)。我國(guo)量子通信(xin)領域(yu)取(qu)得的(de)卓越成就(jiu)，驚艷了國(guo)人，在(zai)世(shi)界(jie)舞(wu)臺迎(ying)來高光時(shi)刻。

量(liang)(liang)子(zi)(zi)通信(xin)技(ji)術(shu)旨(zhi)在(zai)利用量(liang)(liang)子(zi)(zi)態實現信(xin)息的(de)編(bian)碼(ma)、傳輸、處(chu)理和解碼(ma)，特別是(shi)(shi)利用量(liang)(liang)子(zi)(zi)態（單(dan)光子(zi)(zi)態和糾纏(chan)態）實現量(liang)(liang)子(zi)(zi)密(mi)鑰的(de)分配。目前，量(liang)(liang)子(zi)(zi)通信(xin)與(yu)量(liang)(liang)子(zi)(zi)計(ji)算機已被列入(ru)我國《“十三五”國家科技(ji)創(chuang)新(xin)(xin)規劃》“科技(ji)創(chuang)新(xin)(xin)2030—重(zhong)大項目”，是(shi)(shi)體(ti)現國家戰略意圖的(de)重(zhong)大科技(ji)項目。

當“領跑”成為習慣……

著(zhu)眼當(dang)下(xia)，“在量子通信(xin)方面，我(wo)們的技術(shu)與國際最好水平相當(dang)；特(te)別是實用化(hua)的量子密鑰分配技術(shu)，中國引領(ling)了國際水平。”中國科學院(yuan)量子信(xin)息重點實驗室韓永建(jian)教授對科技日報記(ji)者介紹(shao)。

這項韓永建口中領(ling)(ling)先的(de)實用(yong)化量(liang)子(zi)密(mi)鑰(yao)(yao)分配(pei)(pei)技術，我國已(yi)十(shi)多年(nian)在(zai)世界范(fan)圍內“獨孤求敗”。2005年(nian)，中科院量(liang)子(zi)信(xin)息重點實驗室就已(yi)經在(zai)商用(yong)光纖上(shang)(shang)實現了(le)北京和天津之(zhi)間(jian)125公里(li)的(de)量(liang)子(zi)密(mi)鑰(yao)(yao)傳輸(shu)實驗，為(wei)城域的(de)量(liang)子(zi)密(mi)鑰(yao)(yao)分配(pei)(pei)奠(dian)定(ding)了(le)基礎。2016年(nian)中國發射(she)了(le)“墨子(zi)號”衛星，為(wei)星地之(zhi)間(jian)自由空間(jian)的(de)密(mi)鑰(yao)(yao)分配(pei)(pei)（量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)）打(da)下(xia)了(le)基礎，國家(jia)量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)骨(gu)干網“京滬干線”項目合肥(fei)至(zhi)上(shang)(shang)海段(duan)當(dang)年(nian)底順(shun)利開通(tong)。此外，在(zai)量(liang)子(zi)密(mi)鑰(yao)(yao)系統(tong)的(de)研究以及商業(ye)化方面，我國也(ye)居(ju)于領(ling)(ling)跑位置。

突破前夜 多項成果呼之欲出

“經過20多年的(de)投入和研究(jiu)，量子(zi)信息技術處(chu)于取得(de)巨大突破的(de)前(qian)夜，相(xiang)關新技術將不斷涌現。”韓永(yong)建表示，量子(zi)通(tong)信（特別是量子(zi)密鑰分配）目前(qian)在城域范圍（200公里(li)）內(nei)已處(chu)于商業階(jie)段，其他相(xiang)關的(de)設備今后(hou)會迅速地跟進(jin)完(wan)善。

其(qi)中，非常(chang)重要(yao)的(de)(de)量子(zi)(zi)通信“神器”之一：可用量子(zi)(zi)中繼的(de)(de)問(wen)世指(zhi)日可待(dai)。什(shen)么是(shi)(shi)(shi)量子(zi)(zi)中繼呢(ni)？韓永建介紹，光子(zi)(zi)是(shi)(shi)(shi)天然的(de)(de)量子(zi)(zi)通信載體，為(wei)實現(xian)量子(zi)(zi)通信，其(qi)核(he)心(xin)問(wen)題是(shi)(shi)(shi)把量子(zi)(zi)態(tai)傳(chuan)輸或分配到足夠遠的(de)(de)地方。由(you)于傳(chuan)輸信道(dao)的(de)(de)特性，光子(zi)(zi)不可避免(mian)會丟失，隨著距(ju)離(li)(li)的(de)(de)增加，這種(zhong)衰減是(shi)(shi)(shi)指(zhi)數增長的(de)(de)，因而傳(chuan)輸距(ju)離(li)(li)會受到極大的(de)(de)限(xian)制(zhi)。解(jie)決問(wen)題的(de)(de)關鍵便是(shi)(shi)(shi)引(yin)入(ru)量子(zi)(zi)中繼。

近(jin)十年(nian)來(lai)，人們在實現(xian)長程量子(zi)通信(xin)的(de)(de)(de)關(guan)(guan)鍵(jian)技(ji)術，如(ru)單光子(zi)源、量子(zi)存(cun)儲(chu)等方面都取得了(le)長足的(de)(de)(de)進展，“這(zhe)(zhe)都為(wei)最終(zhong)實現(xian)可用的(de)(de)(de)量子(zi)中(zhong)繼，進而實現(xian)遠距(ju)離的(de)(de)(de)量子(zi)通信(xin)打(da)下了(le)基礎(chu)。”韓永建表(biao)示(shi)。而未來(lai)，在另一個可能(neng)的(de)(de)(de)長程量子(zi)通信(xin)方案(an)——自由(you)空間中(zhong)的(de)(de)(de)星地傳(chuan)輸方面，我國(guo)的(de)(de)(de)研(yan)究水平(ping)也必將一馬(ma)當先(xian)。我國(guo)已率先(xian)發射了(le)墨子(zi)衛星，建立了(le)相關(guan)(guan)的(de)(de)(de)實驗平(ping)臺，今后隨(sui)著(zhu)研(yan)究深(shen)入，人們將更清楚這(zhe)(zhe)兩種不同方案(an)的(de)(de)(de)優缺點。

10年內“飛”入千萬家

如(ru)此高精尖的(de)量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)技(ji)術，未來有(you)(you)哪些用武之地，又(you)將如(ru)何惠及普通(tong)大眾？中科(ke)大合肥微(wei)尺度物(wu)質(zhi)科(ke)學國家(jia)實(shi)驗室(shi)副研究員袁嵐(lan)峰對(dui)科(ke)技(ji)日報記者說(shuo)，“量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)最大的(de)優越性(xing)就(jiu)在于保密(mi)，只要有(you)(you)消費者認為自(zi)己(ji)的(de)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)息值得(de)高度保密(mi)，量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)就(jiu)不乏潛在的(de)用戶。目前已經有(you)(you)政府和金融單位在試用量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)產品”。潘建偉(wei)院士也曾(ceng)表(biao)示，如(ru)果(guo)沒有(you)(you)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)息安(an)(an)全，所(suo)有(you)(you)重要的(de)應用都是無(wu)法運行的(de)。假(jia)如(ru)你有(you)(you)一輛(liang)無(wu)人駕駛(shi)汽(qi)車(che)，別人用信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)號(hao)控(kong)制一下它怎么辦？作(zuo)為迄今唯一被證明理論上無(wu)條件安(an)(an)全的(de)量(liang)子(zi)通(tong)信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)，“它可以覆蓋到所(suo)有(you)(you)需要信(xin)(xin)(xin)(xin)(xin)息安(an)(an)全的(de)地方”。

量(liang)子(zi)通(tong)信民用(yong)普(pu)及的(de)(de)程度(du)取決于(yu)其成本(ben)下降(jiang)(jiang)的(de)(de)快(kuai)慢，袁(yuan)嵐(lan)峰(feng)介紹(shao)，量(liang)子(zi)保密(mi)通(tong)信的(de)(de)終端(duan)機，五年(nian)間成本(ben)就從百(bai)萬(wan)元下降(jiang)(jiang)到一二十萬(wan)元左右(you)，降(jiang)(jiang)幅近10倍。他估(gu)計，在可預見的(de)(de)未來，終端(duan)設備還可能(neng)降(jiang)(jiang)至萬(wan)元以下，進(jin)入家(jia)庭是完全可能(neng)的(de)(de)，會(hui)有(you)廣闊的(de)(de)消費者市場。

潘建偉也曾展望(wang)，希(xi)望(wang)通過(guo)10年(nian)左右的努力，將來每個人在互聯(lian)網上進行(xing)的轉(zhuan)款、支付等消(xiao)費行(xing)為，都能(neng)夠享受到量子通信的安全保(bao)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(da)學教授尹浩預(yu)測，到(dao)(dao)2020年，中國區域量子(zi)通(tong)信網絡可(ke)(ke)成熟應用(yong)；到(dao)(dao)2030年，星(xing)地(di)一(yi)體的廣(guang)域量子(zi)通(tong)信網絡即可(ke)(ke)投(tou)入應用(yong)。潘建偉則詳(xiang)細地(di)描述了未來(lai)(lai)(lai)的圖景——隨著衛星(xing)的發(fa)射，未來(lai)(lai)(lai)天地(di)量子(zi)通(tong)信的鏈路就(jiu)打開了，打開后我們就(jiu)可(ke)(ke)以(yi)暢想，也(ye)許(xu)將來(lai)(lai)(lai)天上不(bu)止一(yi)顆(ke)星(xing)，會有幾顆(ke)甚至幾十顆(ke)星(xing)。“或者可(ke)(ke)以(yi)把我們的設備搭載到(dao)(dao)我國現有的一(yi)些星(xing)群上面，構成一(yi)個星(xing)座(zuo)。有了星(xing)座(zuo)之后，就(jiu)可(ke)(ke)以(yi)非(fei)常方便地(di)來(lai)(lai)(lai)實現全球范圍內的量子(zi)密鑰分發(fa)。我想這(zhe)是對量子(zi)通(tong)信未來(lai)(lai)(lai)發(fa)展非(fei)常重要的一(yi)步。”

“以先賢(xian)的(de)(de)名義，做前(qian)無(wu)古人的(de)(de)事(shi)業”，這(zhe)(zhe)是感動中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)評委對潘建(jian)偉(wei)的(de)(de)頒獎詞。“墨子”號的(de)(de)上(shang)天(tian)，之所(suo)(suo)以有(you)前(qian)無(wu)古人的(de)(de)意義，袁嵐峰認為，緣(yuan)于它標志著中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)即將開啟一(yi)個全新的(de)(de)產(chan)(chan)業，這(zhe)(zhe)從人類進入現代(dai)社會以來還(huan)是第一(yi)次(ci)。只有(you)量子通信，在國(guo)(guo)際上(shang)是沒有(you)先例的(de)(de)，所(suo)(suo)以這(zhe)(zhe)個中(zhong)(zhong)國(guo)(guo)首創的(de)(de)產(chan)(chan)業歷史意義非常重大。以潘建(jian)偉(wei)、郭(guo)光(guang)燦、杜江(jiang)峰為代(dai)表的(de)(de)一(yi)批科學家所(suo)(suo)開創的(de)(de)業績，是時代(dai)的(de)(de)最強音(yin)。”

未來(lai)，我國量子科學(xue)家“夢之隊”，必將在究天人之際、與(yu)科學(xue)“糾纏”的求索(suo)之路上始終(zhong)不渝地走下去，完成先賢未竟的事業(ye)。

轉載自：科技日(ri)報