量子通信：天地一體化量子保密通信網(wǎng)絡(luò)

　　全國政協(xié)委員、中科院院士、中國科技大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉在“委員通道”接受記者采訪時表示，量子通信原理上可以提供一種不能破解、不能竊聽的安全信息傳輸方式，它在國防、政務(wù)、金融、個人信息保護(hù)等方面都起到了積極的作用。通過未來5~10年的努力，希望能夠構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，來保護(hù)千家萬戶的信息安全。

量子通信原理示意

　　在國家高度重視和大力支持下，“天地一體化廣域量子通信技術(shù)研究團(tuán)隊”經(jīng)過長達(dá)10余年的協(xié)同攻關(guān)，取得了天地一體化廣域量子通信技術(shù)的重大突破。2017年，世界首條量子保密通信干線“京滬干線”正式開通，結(jié)合“墨子號”衛(wèi)星，中國和奧地利之間在國際上首次成功實(shí)現(xiàn)了距離達(dá)7600千米的洲際量子密鑰分發(fā)，標(biāo)志著天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形已經(jīng)形成。

墨子號

　　量子通信是利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術(shù)，可在確保信息安全、增大信息傳輸容量等方面突破經(jīng)典信息技術(shù)的極限。量子通信有兩種最典型的應(yīng)用，一種是量子密鑰分發(fā)，另一種是量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是原理上無條件安全的通信方式，可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全傳輸問題。

　　這項高科技已經(jīng)為60周年國慶閱兵、黨的十八大、十九大、紀(jì)念抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵等國家重要政治活動提供了信息安全保障。中國銀監(jiān)會銀行業(yè)監(jiān)管信息報送、中國人民銀行人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)、中國工商銀行網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)異地災(zāi)備系統(tǒng)、阿里巴巴商業(yè)數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)鹊龋玫亩际橇孔颖Ｃ芡ㄐ偶夹g(shù)。

　　潘建偉介紹說，在量子通信技術(shù)的研發(fā)過程中，首先要面對的是制備單個光量子的技術(shù)難題。他舉了一個非常形象的例子，來解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數(shù)可達(dá)百億億個，想要實(shí)現(xiàn)單個光量子的制備就如同在這百億億個光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個，技術(shù)難度可想而知。另一個難題是單光子的探測。單個光子已經(jīng)是光能量的最小單元，能量是非常微弱的，需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測技術(shù)。具備了單個光量子的制備和探測能力后，才能夠?qū)崿F(xiàn)安全的量子通信。這僅僅指的是地面上的量子通信，而要實(shí)現(xiàn)量子衛(wèi)星與地面的星地通信難度更可想而知。

     “簡單地講幾件事情，你會大致明白究竟有多難?！比珖舜蟠?、“墨子號”衛(wèi)星發(fā)射總指揮、中科院上海分院院長王建宇細(xì)數(shù)了“墨子號”衛(wèi)星的種種難關(guān)，“舉個例子，要從1000千米的高度把一個個光子發(fā)射到地面站，這就好比在萬米高空高速飛行的飛機(jī)上，同時向地面兩個旋轉(zhuǎn)的投幣口細(xì)長的儲蓄罐扔進(jìn)一個個硬幣。儲蓄罐的投幣口是細(xì)長的，相當(dāng)于光的偏振，它是有方向的，硬幣要把方向?qū)貌拍苋舆M(jìn)去，而且不是扔一個，要兩邊同時都扔準(zhǔn)才行?！备鶕?jù)計算，一根火柴劃一下大概有1017個光子，而衛(wèi)星地面站的探測能力，相當(dāng)于在地球上的人不用任何儀器，要發(fā)現(xiàn)在月亮上有人劃了一根火柴?！按送?，還要在每秒一億個光子里面，搞明白我們探測到的是第幾個光子，這些光子都是排好隊的，抓一個就要知道它是第幾個，這樣才能用來做密鑰。而這對于量子通信的諸多難題而言，只是非常簡單的一個小細(xì)節(jié)。”王建宇說。

　　這個領(lǐng)域國際競爭非常激烈。為此，我國進(jìn)一步發(fā)力。國家發(fā)改委最近正式啟動國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目，計劃通過10年左右的努力，建成面向“一帶一路”、服務(wù)國家戰(zhàn)略需求、規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的總里程約3.5萬千米的量子保密通信互聯(lián)網(wǎng)。“我國在‘十三五’期間，要在量子信息科技領(lǐng)域?qū)嵤┲卮罂萍柬椖浚瑫r組建新型國家實(shí)驗(yàn)室。通過全國相關(guān)科技力量的協(xié)同創(chuàng)新，我們非常有信心繼續(xù)領(lǐng)跑世界。”潘建偉說。

來源: 中國航空報