6月27日,，中科院院士、中國科技大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)潘建偉在上海一場(chǎng)報(bào)告會(huì)上以《讓中國的量子科學(xué)“領(lǐng)跑”世界》為題的報(bào)告中提到：“如果說量子信息是一棵竹子，過去一直在泥土中醞釀破土,，現(xiàn)在則到了破土而出的時(shí)候,?！彪S即他提出,，如果這棵竹子“被栽在花盆里，最多就長(zhǎng)成盆景,，如果長(zhǎng)在山林中,，就可能發(fā)展成一片竹林”。

在量子技術(shù)領(lǐng)域被認(rèn)為可能最先可用的是量子密碼和量子通信相關(guān)技術(shù),。圖片來源：百度圖片

言下之意,，潘建偉認(rèn)為當(dāng)前中國在量子信息方面面臨著領(lǐng)跑的機(jī)會(huì)，應(yīng)該創(chuàng)造環(huán)境大力發(fā)展,。

《中國科學(xué)報(bào)》記者在產(chǎn)業(yè)層面也聽到了類似的聲音,。在近日由阿里技術(shù)舉辦的“阿里技術(shù)下午茶”活動(dòng)上,，阿里巴巴集團(tuán)首席通信科學(xué)家謝崇進(jìn)在與記者交流中談到，美國的谷歌,、IBM,、微軟等企業(yè)都在量子計(jì)算等領(lǐng)域有大手筆的布局和很認(rèn)真的研究，中國企業(yè)在這方面“還太少”,。

曲高和寡，是科技企業(yè)不肯為量子技術(shù)的高研發(fā)成本買單,，還是量子的世界太過玄妙,，讓務(wù)實(shí)的企業(yè)家們看不到希望？

率先“吃螃蟹”的企業(yè)

在量子技術(shù)領(lǐng)域,，被認(rèn)為最具顛覆性的方向是量子計(jì)算以及量子計(jì)算機(jī),，而被認(rèn)為可能最先可用或最容易商業(yè)化的，則是量子密碼和量子通信相關(guān)技術(shù),。

阿里巴巴是國內(nèi)少有的在量子通信領(lǐng)域高調(diào)布局的企業(yè)：2015年阿里與中科院成立的量子計(jì)算實(shí)驗(yàn)室,，成為中國首個(gè)大力投入量子信息科學(xué)的中國科技公司。今年3月,，阿里云發(fā)布“全球首個(gè)云上量子通信商用服務(wù)”,，認(rèn)為“由此打開了量子信息科學(xué)普惠發(fā)展之門”。

“2013年至今,，阿里在量子通信技術(shù)上投入巨大資源,，產(chǎn)出的專利就達(dá)數(shù)十項(xiàng)，包括量子密鑰分配（QKD）的算法實(shí)現(xiàn),、系統(tǒng)架構(gòu),，QKD和云計(jì)算結(jié)合的應(yīng)用，量子通信云服務(wù),，以及量子通信和可信計(jì)算的結(jié)合等方面,。”謝崇進(jìn)自認(rèn),，阿里的量子通信團(tuán)隊(duì)挑戰(zhàn)的是“無人區(qū)式”科學(xué)難題,，這些難題在全球范圍內(nèi)都是挑戰(zhàn)。

不過阿里人堅(jiān)定認(rèn)為,，量子通信的社會(huì)價(jià)值廣泛,。阿里巴巴資深專家石犀就是代表，他認(rèn)為,，量子通信不僅可用于軍事,、國防等國家級(jí)保密領(lǐng)域，還可用于金融,、數(shù)據(jù)中心,、物聯(lián)網(wǎng),、區(qū)塊鏈等國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域。

按照阿里巴巴董事局主席馬云此前宣布的“NASA”計(jì)劃,，阿里目前正在為20年后儲(chǔ)備核心科技,，以實(shí)現(xiàn)“換道超車”，服務(wù)全球20億人,，成為世界第五大經(jīng)濟(jì)體,。量子信息正是“NASA”計(jì)劃中正在儲(chǔ)備的核心科技之一。

“量子通信的加密技術(shù)被科學(xué)界認(rèn)為是目前無法被破解的信息保密技術(shù),，阿里巴巴除了持續(xù)深耕量子通信技術(shù),，還會(huì)通過阿里云向全球企業(yè)輸出量子通信的安全服務(wù)”。謝崇進(jìn)在當(dāng)天的下午茶活動(dòng)上,，提出了阿里在量子通信技術(shù)上的商業(yè)邏輯：通過阿里云提供量子通信的安全服務(wù),。

尚不完備的“量子通信”

量子通信被認(rèn)為“絕對(duì)安全”，則是源于量子密碼技術(shù)可以天衣無縫地和密碼學(xué)中被證明“可以實(shí)現(xiàn)無條件安全”的“一次一密”隨機(jī)密碼相配合,。在量子密碼之前,，“一次一密”僅存在于理論中。

量子密碼則由于量子力學(xué)的基本特性——量子的不確定性和不可克隆,，使得量子密鑰分配能夠確保任何企圖竊取傳送中的密鑰都會(huì)被合法用戶所發(fā)現(xiàn),，這也是量子密鑰分配所獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)，它在原理上保障了信息在通訊中的“絕對(duì)安全”,。

不過,，當(dāng)前量子密碼技術(shù)在應(yīng)用上還面臨一些障礙。中國科學(xué)院院士,、中國科學(xué)院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任郭光燦曾告訴《中國科學(xué)報(bào)》記者,，量子密碼系統(tǒng)現(xiàn)在還有實(shí)際安全性問題，即由于器件等的非理想性導(dǎo)致安全性漏洞,。例如單粒子探測(cè)效率難以達(dá)到百分之百,，就會(huì)產(chǎn)生傳輸損耗。而這種非理想因素下的漏洞就有可能被竊聽者用來竊取密鑰,。

另外,，郭光燦指出，就算人們?cè)O(shè)計(jì)出與設(shè)備完全無關(guān)的量子密碼協(xié)議,，但因隨機(jī)數(shù)的真?zhèn)?、合法用戶的識(shí)別等問題仍然難以做到密鑰的“絕對(duì)安全”。

郭光燦堪稱是我國量子信息乃至量子力學(xué)領(lǐng)域的奠基人之一,，他多次公開表示殷切看到我國能在量子信息,、量子計(jì)算等技術(shù)領(lǐng)域抓住機(jī)會(huì)，實(shí)現(xiàn)從跟蹤到引領(lǐng)的跨越，但他堅(jiān)持類似于量子科學(xué)技術(shù)這種新興手段,，更要腳踏實(shí)地,、一步一個(gè)腳印地來。

“量子密碼系統(tǒng)必須能經(jīng)受得住現(xiàn)有所有可能手段的攻擊才可以大規(guī)模應(yīng)用,?！惫鉅N表示。

同時(shí),，也有學(xué)者指出,，應(yīng)用了量子密碼技術(shù)并不等同于實(shí)現(xiàn)了量子通信?！艾F(xiàn)階段的量子通信,，只是利用了‘量子保密技術(shù)’的經(jīng)典通信，它恰當(dāng)?shù)拿Q或許應(yīng)為‘量子保密通信’,。真正的量子通信有其明確內(nèi)涵，即將信息編碼在量子比特上,，在量子通道上將量子比特由甲方傳給乙方,，直接實(shí)現(xiàn)信息的傳遞?！毕嚓P(guān)學(xué)者表示,，這種真正的量子通信，目前仍處于基礎(chǔ)研究階段,，離實(shí)際應(yīng)用還很遙遠(yuǎn),。

“量子中繼”等問題待解

自量子密碼理論提出以來，距今已有30多年的歷程,。郭光燦曾于2016年總結(jié)了30余年來所取得的成就：目前可以達(dá)到的水平是,，在百公里范圍的城域網(wǎng)，量子密碼體系可以做到密鑰分配在各種攻擊下是安全的,；當(dāng)前的安全密鑰生成率在25公里可確保高清視頻“一次一密”,，在100公里內(nèi)能確保音頻、文字,、圖片等的“一次一密”,。

在科研階段，如今量子保密通信最遠(yuǎn)的世界紀(jì)錄,，是去年11月我國科學(xué)家實(shí)現(xiàn)的超過400公里可抵御黑客攻擊的測(cè)量設(shè)備無關(guān)量子密鑰分發(fā),。

“可以制定‘量子密碼標(biāo)準(zhǔn)’，推廣應(yīng)用,。不過隨著攻擊技術(shù)水平的提高,，現(xiàn)有相對(duì)安全的量子密碼也可能會(huì)被攻擊，到那時(shí)要隨之更新‘量子密碼標(biāo)準(zhǔn)’,?！惫鉅N特別提到,，量子密碼體系必須確保安全密鑰的生成率足夠高，才能達(dá)到視頻等信息“一次一密”加密的需求,。

此外,，量子通信還受制于量子的不可克隆定理，攜帶量子信息的光子不可以像經(jīng)典通信中的中繼放大那樣把信號(hào)進(jìn)行放大,，光子在光纖中傳播會(huì)有損耗,，因此目前的技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的傳播。目前,，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信的有效手段是“量子中繼”,。然而由于“量子中繼”的研制受到可實(shí)用的量子存儲(chǔ)器和確定性糾纏光子源的限制，目前仍然處于基礎(chǔ)研究階段,。

“目前量子通信網(wǎng)絡(luò)中用到的中繼是一種叫可信中繼,，即可能是通過人工把量子態(tài)信息讀取出來以后，再進(jìn)行重新制備,。我們只能無條件相信這個(gè)操作是可信的,。”謝崇進(jìn)告訴記者,，可信中繼是在量子中繼實(shí)現(xiàn)之前的“權(quán)宜之計(jì)”,。

記者了解到，在歐盟發(fā)布的《量子信息處理和通信：歐洲研究現(xiàn)狀,、愿景與目標(biāo)戰(zhàn)略報(bào)告》中,，歐洲就將“重點(diǎn)發(fā)展量子中繼和衛(wèi)星量子通信，實(shí)現(xiàn)1000公里量級(jí)的量子密鑰分配”寫入了歐洲未來五年和十年量子信息的發(fā)展目標(biāo),。

“隨著云計(jì)算的廣泛使用,，人們對(duì)數(shù)據(jù)安全的要求越來越高。此外量子計(jì)算可能在不遠(yuǎn)的將來成為現(xiàn)實(shí),，如何建立量子時(shí)代的信息安全漸漸在世界范圍內(nèi)成為一個(gè)研究熱點(diǎn),。”謝崇進(jìn)對(duì)記者說,，盡管問題重重,，量子保密通信作為目前安全等級(jí)最高的加密技術(shù)，正逐漸得到業(yè)界的認(rèn)可,。

“2013年阿里巴巴就開始對(duì)量子通信進(jìn)行深入研究,，2015年中完成量子傳送門的開發(fā)?！北M管對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的具體應(yīng)用諱莫如深,，謝崇進(jìn)告訴記者，“這種新興的技術(shù)，總得有人去探索,，不是么,？”