近十年來，人們在實現長程量子通信的關鍵技術，如單光子源、量子存儲等方面都取得了長足的進展，這都為最終實現可用的量子中繼，進而實現遠距離的量子通信打下了基礎。而未來，在另一個可能的長程量子通信方案——自由空間中的星地傳輸方面，我國的研究水平也必將一馬當先。我國已率先發(fā)射了墨子衛(wèi)星，建立了相關的實驗平臺，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。

中科院院士潘建偉曾展望，希望通過10年左右的努力，將來每個人在互聯網上進行的轉款、支付等消費行為，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感動中國年度人物”頒獎典禮上，面對當選“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月的一個夏夜“突然網紅”，世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星“墨子號”發(fā)射升空，一張縱橫寰宇的量子通信“天地網”正逐步織就。我國量子通信領域取得的卓越成就，驚艷了國人，在世界舞臺迎來高光時刻。

量子通信技術旨在利用量子態(tài)實現信息的編碼、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)）實現量子密鑰的分配。目前，量子通信與量子計算機已被列入我國《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》“科技創(chuàng)新2030—重大項目”，是體現國家戰(zhàn)略意圖的重大科技項目。

當“領跑”成為習慣……

著眼當下，“在量子通信方面，我們的技術與國際最好水平相當；特別是實用化的量子密鑰分配技術，中國引領了國際水平?！敝袊茖W院量子信息重點實驗室韓永建教授對科技日報記者介紹。

這項韓永建口中領先的實用化量子密鑰分配技術，我國已十多年在世界范圍內“獨孤求敗”。2005年，中科院量子信息重點實驗室就已經在商用光纖上實現了北京和天津之間125公里的量子密鑰傳輸實驗，為城域的量子密鑰分配奠定了基礎。2016年中國發(fā)射了“墨子號”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，國家量子通信骨干網“京滬干線”項目合肥至上海段當年底順利開通。此外，在量子密鑰系統(tǒng)的研究以及商業(yè)化方面，我國也居于領跑位置。

突破前夜 多項成果呼之欲出

“經過20多年的投入和研究，量子信息技術處于取得巨大突破的前夜，相關新技術將不斷涌現。”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）內已處于商業(yè)階段，其他相關的設備今后會迅速地跟進完善。

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，為實現量子通信，其核心問題是把量子態(tài)傳輸或分配到足夠遠的地方。由于傳輸信道的特性，光子不可避免會丟失，隨著距離的增加，這種衰減是指數增長的，因而傳輸距離會受到極大的限制。解決問題的關鍵便是引入量子中繼。

近十年來，人們在實現長程量子通信的關鍵技術，如單光子源、量子存儲等方面都取得了長足的進展，“這都為最終實現可用的量子中繼，進而實現遠距離的量子通信打下了基礎?！表n永建表示。而未來，在另一個可能的長程量子通信方案——自由空間中的星地傳輸方面，我國的研究水平也必將一馬當先。我國已率先發(fā)射了墨子衛(wèi)星，建立了相關的實驗平臺，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。

10年內“飛”入千萬家

如此高精尖的量子通信技術，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科學國家實驗室副研究員袁嵐峰對科技日報記者說，“量子通信最大的優(yōu)越性就在于保密，只要有消費者認為自己的信息值得高度保密，量子通信就不乏潛在的用戶。目前已經有政府和金融單位在試用量子通信產品”。潘建偉院士也曾表示，如果沒有信息安全，所有重要的應用都是無法運行的。假如你有一輛無人駕駛汽車，別人用信號控制一下它怎么辦？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，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，在可預見的未來，終端設備還可能降至萬元以下，進入家庭是完全可能的，會有廣闊的消費者市場。

潘建偉也曾展望，希望通過10年左右的努力，將來每個人在互聯網上進行的轉款、支付等消費行為，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、南京郵電大學教授尹浩預測，到2020年，中國區(qū)域量子通信網絡可成熟應用；到2030年，星地一體的廣域量子通信網絡即可投入應用。潘建偉則詳細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，會有幾顆甚至幾十顆星?！盎蛘呖梢园盐覀兊脑O備搭載到我國現有的一些星群上面，構成一個星座。有了星座之后，就可以非常方便地來實現全球范圍內的量子密鑰分發(fā)。我想這是對量子通信未來發(fā)展非常重要的一步?！?

“以先賢的名義，做前無古人的事業(yè)”，這是感動中國評委對潘建偉的頒獎詞?！澳印碧柕纳咸?，之所以有前無古人的意義，袁嵐峰認為，緣于它標志著中國即將開啟一個全新的產業(yè)，這從人類進入現代社會以來還是第一次。只有量子通信，在國際上是沒有先例的，所以這個中國首創(chuàng)的產業(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家所開創(chuàng)的業(yè)績，是時代的最強音?！?

未來，我國量子科學家“夢之隊”，必將在究天人之際、與科學“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)。

轉載自：科技日報