量子通信在信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值和前景，不僅可用于軍事、國(guó)防等領(lǐng)域的國(guó)家級(jí)保密通信,，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù),、票據(jù)的政府,、電信,、證券、保險(xiǎn),、銀行,、工商、地稅,、財(cái)政等領(lǐng)域和部門,，而技術(shù)又相對(duì)成熟，未來應(yīng)用市場(chǎng)前景廣闊,。

　　“量子通信在軍事通信,、政府保密通信、民用通信上都將帶來顛覆性的變革,，技術(shù)又已相對(duì)成熟,，經(jīng)我們?cè)敿?xì)測(cè)算，未來市場(chǎng)空間遠(yuǎn)超千億元,?！眹?guó)內(nèi)最早發(fā)表量子通信領(lǐng)域證券研究報(bào)告的分析師之一、興業(yè)證券通信團(tuán)隊(duì)首席分析師唐海清指出,。

　　6月3日,，國(guó)家發(fā)改委發(fā)布《長(zhǎng)江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》提出，將積極建設(shè)“京滬干線”量子通信工程,，推動(dòng)量子通信技術(shù)在上海,、合肥、蕪湖等城市使用,。更引入注目的是,，文件明確提出：“促進(jìn)量子通信技術(shù)在政府部門、軍隊(duì)和金融機(jī)構(gòu)等應(yīng)用,?！边@被認(rèn)為是政府首次明確推動(dòng)量子通信技術(shù)進(jìn)入政府,、軍隊(duì)、金融機(jī)構(gòu),。比如一些銀行系統(tǒng)，在客戶的征信信息,、個(gè)人用戶信息的傳輸上也會(huì)通過量子,，確保信息不被竊取。

　　按照國(guó)家發(fā)改委此前立項(xiàng)規(guī)劃,，2016年下半年,，全球最長(zhǎng)的遠(yuǎn)距離量子加密通信干線“京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)”將完工交付。同時(shí),，7月中國(guó)將發(fā)射量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星,，推動(dòng)無光纖的空中量子通信。

　　量子理論被認(rèn)為是繼牛頓經(jīng)典力學(xué)后,，人類科學(xué)的顛覆性發(fā)現(xiàn),。日前，筆者在上海紐約大學(xué)舉行的“原子,、分子和光物理前沿發(fā)展國(guó)際研討會(huì)”上專訪數(shù)位量子物理國(guó)際頂尖科學(xué)家,，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)民眾對(duì)量子通信存在不少誤解，而中國(guó)在量子通信領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用正走在世界前列,。

　　如何進(jìn)行信息傳遞

　　下個(gè)月,，我國(guó)將發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，并在世界上首次實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信,，構(gòu)建一個(gè)天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實(shí)驗(yàn)體系,。

　　而今年9月，量子通信的核心環(huán)節(jié)：密鑰傳輸實(shí)驗(yàn),，將搭乘“天宮二號(hào)”上天展開實(shí)驗(yàn),。這意味著世界上第一封絕對(duì)不會(huì)被攔截、被破解,、被復(fù)制,，只能是“天知地知，你知我知”的密信,，即將誕生,。

　　那么，量子通信的原理是什么,，如何實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和加密,？

　　量子通信，即利用量子糾纏效應(yīng),，來傳遞信息,。什么是量子糾纏？通俗地說，就像心電感應(yīng),。量子力學(xué)研究發(fā)現(xiàn),，宇宙中任何一個(gè)粒子都有“雙胞胎”，二者即使隔開整個(gè)宇宙的距離,，也仍然一直保持同步同時(shí)同樣變化,，就像其中一個(gè)翻掌，宇宙另一頭也同時(shí)翻掌,。這就像一對(duì)戀人,，一個(gè)人心里對(duì)另一個(gè)人說“我愛你”，另一個(gè)人立即同步有相同感受地說“我愛你”,。這一對(duì)粒子同步同樣變化的狀態(tài),，就是量子糾纏態(tài)。

　　利用這一原理,，人們可以制備出一對(duì)糾纏粒子,，把它們一個(gè)放在北京，一個(gè)放在上海,，當(dāng)北京的粒子一動(dòng),，上海的粒子立刻就接收到信息。這就是量子通信,。

　　目前當(dāng)我們討論“量子通信”,，主要包含兩層應(yīng)用方向：一是用量子技術(shù)取代目前技術(shù)（光纜）來傳遞信息；二是仍用目前技術(shù)傳遞信息,，但信息加密的秘鑰用量子原理來分配,、傳遞秘鑰。

　　其中第一種完全用量子技術(shù)來傳遞信息,，就不像目前技術(shù)需要鋪設(shè)有形的光纜,，而是無形地在空中傳輸，這就是國(guó)際常稱的freespacecommunication（空中量子通信）,、國(guó)內(nèi)所稱的量子隱形傳送,。

　　但目前的空中量子通信仍有關(guān)鍵技術(shù)難題未解，短期內(nèi)未有實(shí)際投入使用的項(xiàng)目,。那2016年下半年將交付的京滬干線量子通信網(wǎng)絡(luò),，是指什么？

　　它的全稱是“京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)”,，顧名思義,，它仍然需要鋪設(shè)光纜，通過有形的光纖傳送信息,，這就是國(guó)際常稱的“classicaltransmission（傳統(tǒng)傳輸方法）”,。

　　但它對(duì)信息的保密是利用量子技術(shù),，即上述兩大應(yīng)用方向中的第二種：利用量子原理分配秘鑰。這也是目前全球量子技術(shù)中,，最接近實(shí)際應(yīng)用的研究領(lǐng)域,。中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉說,，“京滬干線”項(xiàng)目主要針對(duì)量子保密通信關(guān)鍵技術(shù),。

　　“京滬干線”年底建成

　　中國(guó)目前主攻量子保密通信技術(shù)，目前在建的主要是兩個(gè)項(xiàng)目：一是“京滬干線”,，二是7月將發(fā)射的量子通信衛(wèi)星。

　　京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng),，將是目前全球總長(zhǎng)度最長(zhǎng)的量子保密通信干線,，其長(zhǎng)度達(dá)2000余公里，從北京出發(fā),，經(jīng)過濟(jì)南,、合肥，到達(dá)上海,。它是世界首例千公里級(jí)高可信,、可擴(kuò)展的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，2013年由國(guó)家發(fā)改委立項(xiàng),，預(yù)計(jì)2016年9月底完成全部應(yīng)用系統(tǒng)交付,，并開始全系統(tǒng)上線聯(lián)調(diào)，年底完成項(xiàng)目總驗(yàn)收,。

　　全球量子通信的公認(rèn)專家,、德國(guó)美因茨大學(xué)物理學(xué)教授PeterVanLoock告訴筆者，若金融機(jī)構(gòu),、軍隊(duì),、政府確實(shí)需要在上海與北京之間傳送絕密信息，量子保密干線是最好的保密方案,。潘建偉說,，該干線可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清量子保密視頻會(huì)議系統(tǒng)和其他多媒體跨域互聯(lián)應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)金融,、政務(wù)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng),、金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用。

　　量子保密技術(shù)被普遍認(rèn)為是“理論上百分百不可破譯截獲”,、“百分百安全”,，主要基于兩個(gè)原理：海森堡測(cè)不準(zhǔn)原理和量子不可復(fù)制原理。

　　三位不愿具名的中國(guó)科學(xué)家告訴筆者,，量子密碼通信傳遞的不是信息本身,，而是傳遞密鑰,，甲發(fā)送確定狀態(tài)的光子，乙采用收發(fā)器接收,，而后甲乙互相對(duì)應(yīng)光子狀態(tài),，一旦發(fā)現(xiàn)光子狀態(tài)改變，即可確認(rèn)被竊聽,。

　　但最大的難題是：光子會(huì)丟失,。光子發(fā)射一段距離后就會(huì)衰減，若沒有中間站“在路上幫它調(diào)整狀態(tài)”,，它就無法完成從北京到上海的穿越,。

　　因此，量子通信要解決的兩個(gè)基本問題就是：讓光子保持量子糾纏狀態(tài)的距離變得更長(zhǎng),、讓光子傳輸?shù)乃俣雀?。在同等技術(shù)條件下，中間基站（或稱“節(jié)點(diǎn)”）的質(zhì)量非常關(guān)鍵,。

　　截至3月,，京滬干線已建設(shè)完成15個(gè)中間基站、1554千米主干線路光纜勘查和改造,。其中,，北京城域量子網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完成了部署和測(cè)試驗(yàn)收，全天候24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行,，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間已超過5000小時(shí),。目前正進(jìn)行上海接入網(wǎng)的施工建設(shè)和主干線二期的建設(shè)工作。

　　數(shù)位科學(xué)家告訴筆者,，理論上,，即使是量子計(jì)算機(jī)，也不可能破譯量子秘鑰,，然而實(shí)際應(yīng)用中,，仍有許多因素可能導(dǎo)致秘鑰泄露。尤其是中間基站,，需要先接收,，再發(fā)送，容易存在被截獲的漏洞,。

　　中國(guó)實(shí)際應(yīng)用居前列

　　筆者通過采訪發(fā)現(xiàn),，歐洲主攻傳輸中的中轉(zhuǎn)基站技術(shù)，美國(guó)主攻量子計(jì)算機(jī)的硬件,，中國(guó)目前主攻長(zhǎng)距離量子加密通信,。總體而言,，歐洲領(lǐng)先美國(guó),，而中國(guó)在實(shí)際應(yīng)用方向走在前列,。

　　在量子通信領(lǐng)域，美國(guó)最新進(jìn)展是在2015年,，美國(guó)航空航天局（NASA）計(jì)劃在其總部與噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）之間建立一個(gè)直線距離600千米,、光纖皮長(zhǎng)1000千米左右、10個(gè)中轉(zhuǎn)基站的遠(yuǎn)距離光纖量子通信干線,，并計(jì)劃拓展到星地量子通信,。目前尚未有實(shí)際進(jìn)展的最新消息。

　　與美國(guó)相比,，中國(guó)的實(shí)際應(yīng)用明顯走在前列,。今年7月，中國(guó)將發(fā)射首顆“量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星”,，這顆衛(wèi)星將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)無光纖的空中通信,。

　　該衛(wèi)星搭載量子密鑰通信機(jī)、量子糾纏發(fā)射機(jī),、量子糾纏源、量子試驗(yàn)控制與處理機(jī)等有效載荷,，具備兩套獨(dú)立的有效載荷指向機(jī)構(gòu),，通過姿控指向系統(tǒng)協(xié)同控制，可與地面上相距千公里量級(jí)的兩處光學(xué)站同時(shí)建立量子光鏈路,。

　　量子衛(wèi)星發(fā)射后,，天地一體化量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將投入正式運(yùn)行，完成的多項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)任務(wù)包括：星地高速量子密鑰分發(fā),、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò),、星地量子糾纏分發(fā)以及地星量子隱形傳態(tài)等。

　　“歐洲目前主攻中轉(zhuǎn)基站的突破,?！比蚬腆w量子光學(xué)與自旋電子學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的專家JorgWrachtrup告訴筆者。

　　歐盟2016年4月批準(zhǔn)了10億歐元的量子研究基金,。同時(shí)在2015年底推出了用于發(fā)展量子信息技術(shù)的“歐洲量子科學(xué)技術(shù)”計(jì)劃,，以及《歐洲量子信息處理與通信》計(jì)劃，是繼歐洲核子中心和航天技術(shù)采取國(guó)際合作之后,，又一針對(duì)重大科技問題的大規(guī)模國(guó)際合作,。