從中國科學(xué)院獲悉，中國首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星已經(jīng)運(yùn)抵酒泉，將于8月中下旬擇機(jī)發(fā)射。

據(jù)悉，量子衛(wèi)星成功運(yùn)行后，中國將在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信。據(jù)中科院物理所人士介紹，量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星旨在構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信與實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。

為什么要建設(shè)天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)？專家解釋說，因?yàn)樗切畔踩珕栴}的完美解決方案。傳統(tǒng)的通信方式無非是在傳輸介質(zhì)和加密數(shù)據(jù)上下工夫。但是，這類傳統(tǒng)的數(shù)字計算加密方法都是可以破譯的，只是時間長短而已。

技術(shù)革命，國家名片

我國量子通信領(lǐng)域的成就舉世矚目,南科大、北清華領(lǐng)先的研發(fā)團(tuán)隊,在量子通信與量子計算領(lǐng)域已頗有建樹,而京滬干線、滬杭線、包括政務(wù)骨干網(wǎng)的建設(shè)陸續(xù)落地,材料的突破與量子衛(wèi)星的突破將成為又一標(biāo)志性事件。

目前我們所說的量子通信是狹義上的量子密鑰通信,即通過量子糾纏手段實(shí)現(xiàn)密鑰的高保密傳遞,密文本身仍然通過經(jīng)典信道傳送。是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無條件安全的通信方式。古人在信封上用火漆封口,信件一旦在運(yùn)輸途中被拆開,便會留下“泄密”的痕跡。量子密鑰在量子通信中的作用比火漆更徹底:一旦有人試圖打開信件,量子密鑰會讓信件自動銷毀,并讓使用者獲知情況。因此,量子通信不可以被竊聽,不可以被復(fù)制,理論上“絕對安全”。

量子通信的特點(diǎn)自然使得它首先成為國家安全、軍事方面的寵兒,然后再由軍事應(yīng)用向其他民用產(chǎn)業(yè)方向擴(kuò)展。量子通信主要包括如下的四種模式:量子密鑰分配(QKD,quantumkeydistribution),量子隱形傳態(tài)(quantumteleportation),量子機(jī)密共享(quantumsecretsharing)和量子安全直接通信(quantumsecuredirectcommunication)。目前可以生產(chǎn)和商用的是量子密鑰分配模式的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)。

目前我們所說的量子通信是狹義上的量子通信,即通過量子糾纏手段實(shí)現(xiàn)密鑰的高保密傳遞,密文本身仍然通過經(jīng)典信道傳送,主要載體是光纖。

要了解密鑰的量子傳送,首先要了解量子糾纏狀態(tài)。量子糾纏:一對處于量子糾纏態(tài)的粒子,其自旋狀態(tài)必然相反。一旦其中一個被觀測而確定狀態(tài),另一個的狀態(tài)也就隨之確定(稱為糾纏坍塌)。比如我發(fā)一組信息給你,有人在竊聽,截取了這個消息。他如果不想暴露,就必須復(fù)制一模一樣的數(shù)據(jù)給你,但根據(jù)量子態(tài)不可克隆原理,他發(fā)出來的信息大部分都是錯的。當(dāng)你接受到數(shù)據(jù)之后,我和你會公布一小部分?jǐn)?shù)據(jù),看看是否一致,如果錯誤率較高則證明有竊聽者。量子通信的數(shù)據(jù)載體是經(jīng)過偏振編碼的光,基本的通信協(xié)議是bb84編碼。

量子通信是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是無條件安全的通信方式。量子通信與傳統(tǒng)通信技術(shù)相比,具有如下主要特點(diǎn)和優(yōu)勢:(1)具有極高的安全性和保密性,不可克隆,沒有電磁輻射,無法被無線監(jiān)聽或探測;(2)量子通信的線路時延近乎為零,量子信道的信息效率相對于經(jīng)典信道量子的信息效率高幾十倍;(3)抗干擾性能強(qiáng),傳輸能力強(qiáng),量子通信與傳播媒介無關(guān),傳輸不會被任何障礙阻隔,量子隱形傳態(tài)通信還能穿越大氣層,既可在太空中通信,又可在海底通信,還可在光纖等介質(zhì)中通信。

科大牽頭，世界領(lǐng)先

就我國科技發(fā)展水平而言,量子通信的發(fā)展在世界處于領(lǐng)先水平,尤其以潘建偉院士帶頭的科大系團(tuán)隊,在國際上與之比肩或差距較小的團(tuán)隊少之又少。今年一月份的國家技術(shù)進(jìn)步大獎也說明國內(nèi)科技界對量子通信領(lǐng)域研究成果的重視。

而在我國,量子領(lǐng)域的建樹頻頻,清華大學(xué)教授姚期智牽頭進(jìn)行的量子計算的研究也在2000年獲得圖靈獎,有計算機(jī)界諾貝爾之稱,而此次科大系潘建偉院士的成就也被譽(yù)為年度物理學(xué)界頂尖成果。

目前我國已將以量子通信系統(tǒng)為核心的量子調(diào)控技術(shù)列入了《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》中重大研究計劃。我國從2001年開始,在科技部“973”計劃、“863”計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、中科院知識創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目的前瞻性支持下,量子通信科研方面取得了許多重要研究成果。

在不需要中繼的情況下,我國的量子通信技術(shù)可以在200多公里的距離上保證通信安全。在這一層面,我國是在世界上領(lǐng)先的。這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際層面上,安全距離可達(dá)100多公里,我國與美國、歐洲、日本等科技發(fā)達(dá)國家水平相當(dāng)乃至超越。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，夢想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

就產(chǎn)業(yè)應(yīng)用而言,量子通信早已不是實(shí)驗(yàn)室的概念,在科大所在地安徽省,早在2010年在蕪湖就建立了世界首個量子城域政務(wù)網(wǎng),并涵蓋了蕪湖電子政務(wù)、金融信息量子通信試驗(yàn)網(wǎng),包括保密聲音、圖像、文件、動態(tài)視頻的絕對安全通信。之后合肥城域網(wǎng)、工行城域網(wǎng)、濟(jì)南城域網(wǎng)、杭州城域網(wǎng)等一系列的城域網(wǎng)及行業(yè)量子通信網(wǎng)建設(shè)從實(shí)踐領(lǐng)域拓展了量子通信的應(yīng)用范圍。

在目前的量子通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)而言,所有核心器件都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化,實(shí)現(xiàn)了我國在該領(lǐng)域的彎道超車。

國際翹楚，風(fēng)口浪尖

京滬干線大概率明年交付,突破了量子通信遠(yuǎn)距離傳輸?shù)恼系K,在途設(shè)置傳輸中繼,盡量避免因信號衰減造成了失真問題,并采用量子通信技術(shù)進(jìn)行通信保障,國家核心安全數(shù)據(jù)和金融數(shù)據(jù)的傳輸將首先得到保證。

G20峰會的主題之一將無可避免的落到反恐及國家安全方面,“絕對安全”的量子通信技術(shù)或被提及進(jìn)而引發(fā)資本市場的關(guān)注。“十三五”將量子通信發(fā)展放到了非常重要的戰(zhàn)略位置,國際以及國內(nèi)的形勢以及政策,都把量子通信技術(shù)推到了風(fēng)口浪尖。

今年用于科研測試的第一顆量子衛(wèi)星即將發(fā)射,其價值不亞于第一次發(fā)射“北斗”衛(wèi)星。“北斗”衛(wèi)星使得我國突破了導(dǎo)航以及無線通信的國外封鎖,量子衛(wèi)星的發(fā)射的意義不是“突破”國外技術(shù)封鎖,而是引領(lǐng)國際通信安全的潮流。