在中央電視臺舉行2016年度感動中國人物頒獎典禮,，濟南量子通信帶頭人、中國科學院院士潘建偉獲獎,，“嗅每一片落葉的味道,，對世界保持著孩童般的好奇,，只是和科學糾纏，保持與名利的距離,，站在世界的最前排與宇宙對話,，以先賢的名義，做前無古人的事業(yè),！”組委會給予他如此頒獎詞,。
20年前，奧地利,，一位26歲的中國學生,，面對導師的提問“你的夢想是什么”，他回答,，“我要在中國建一個世界一流的量子物理實驗室”,。這個學生的名字叫潘建偉。
2016年8月16日凌晨,，中國量子衛(wèi)星“墨子號”在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射,，它是世界首顆量子科學實驗衛(wèi)星，標志著目前中國在量子通信領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)跑世界,。這個項目的首席科學家正是潘建偉,。
量子通信，是目前理論上唯一被證明無條件安全的通信手段,。量子衛(wèi)星的發(fā)射,，意味著中國量子保密通信技術(shù)成功了一半。
設(shè)計要求快速飛行的量子衛(wèi)星能被地面的光學天線精準跟隨,，這相當于在一萬米高空的飛機上往地面的一個儲蓄罐里投硬幣,，還必須保證每個硬幣都能夠扔到儲蓄罐中。
量子世界
量子是光子,、質(zhì)子,、中子、電子,、介子等基本粒子的統(tǒng)稱,，是目前物理世界已知的最小基本微粒。日常生活中無處不在的光就由大量光量子組成,。在量子力學中,，科學家聚焦的是：在單個原子或次原子粒子尺度上，物質(zhì)與能量的行為和相互作用,。相較于宏觀物理世界,，量子有很多奇妙特性，諸如量子疊加和量子糾纏,。其中,，對通信最重要的影響是“量子糾纏”,。量子信息學是量子力學與信息科學相結(jié)合的產(chǎn)物，它包括量子密碼,、量子通信,、量子計算機等，近年來,，在理論和實驗上都取得了重大突破,。
20世紀90年代，物理學家在理論上證明,，對微觀世界的物體而言,，借助神奇的“量子糾纏”，可以將物質(zhì)的未知量子態(tài)精確傳送到遙遠地點,，而不用傳送物質(zhì)本身,。將量子力學理論和信息技術(shù)結(jié)合，通過對光子,、原子等微觀粒子的精確操縱,，信息編碼、存儲,、傳輸?shù)忍幚矸绞綄l(fā)生革命性變革,。
由于一個量子單元的行為能瞬間影響另一個量子單元，從而改變被測量物質(zhì)的狀態(tài),，這一特性意味著,，不可能實現(xiàn)對一個未知量子單元的精確復(fù)制?；谶@一原理,，科學家提出了量子密碼的概念，也就是用具有量子態(tài)的物質(zhì)作為密碼,。
量子密碼
量子密碼是應(yīng)用量子糾纏效應(yīng)來進行信息的保密性傳輸,，它的優(yōu)點在于：不必在密碼編輯上勞神費力，甚至根本不用常規(guī)密碼,，直接把信息以糾纏態(tài)方式發(fā)送,，即可完美保密。原因是,，當黑客闖入傳輸網(wǎng)絡(luò),，光子束會出現(xiàn)紊亂，每個節(jié)點的探測器都會指出錯誤等級的增加,，從而發(fā)出受干擾警報,；發(fā)送與接收雙方也會隨機選取比較，全部匹配才會確認信息沒有被竊聽。這樣一來,，黑客就無法不留痕跡地闖入一個量子系統(tǒng)，甚至連嘗試解碼這一舉動,，都會導致量子密碼系統(tǒng)改變原有狀態(tài),。當然，即便有黑客成功攔截獲得了一組密碼信息的解碼鑰匙,，也僅是亂碼信息,，而在完成這一舉動的同時，也導致了密鑰的變化,。當合法的信息接收者檢查鑰匙時,，則可以從量子態(tài)的改變中知道密碼曾被截取過，一旦發(fā)現(xiàn)破綻,，就會馬上更換新的密鑰,。
安全鑰匙
量子密碼的出現(xiàn)使密鑰的安全性產(chǎn)生了全新變化。將量子密碼應(yīng)用于量子通信系統(tǒng)中,，就成了量子保密通信,。隨著量子通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)化和廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)，用不了太多時日,，量子保密通信作為保障信息社會通信安全的關(guān)鍵技術(shù),，將會走向大規(guī)模應(yīng)用——廣泛應(yīng)用于政治、經(jīng)濟,、科技,、金融等重要領(lǐng)域，為信息化社會提供基礎(chǔ)的保密服務(wù)和最可靠的安全保障,。
超級速度
除了安全保密外,，“神速”也是量子通信的另一大優(yōu)勢。傳統(tǒng)通信的算法基礎(chǔ)是0或1,，而量子通信是量子單元,，不僅含有0或1，還有0和1共存的狀態(tài),，所有單元可同時完成邏輯運算,，同時完成多重任務(wù)。量子計算機的這一特性,，注定了量子通信的速度將比現(xiàn)在的通信速度大大提高,。例如，4G網(wǎng)絡(luò)延遲時間為50毫秒,，無線電信號從火星傳到地球要延遲十幾分鐘,。而采用量子通信技術(shù)，不受傳輸距離影響，可消除延遲現(xiàn)象,，實現(xiàn)“即時”通信,。在未來，量子通信即時溝通的優(yōu)勢將大有用武之地,。
顯而易見,，量子特性在信息領(lǐng)域中有著獨特功用，在提高運算速度,、確保信息安全,、增大信息容量等方面，將突破現(xiàn)有信息系統(tǒng)的極限,。量子通信可以從根本上杜絕竊密,，確保信息安全，并能夠極大提高信息處理速度,。量子通信大規(guī)模推廣應(yīng)用后,，“量子互聯(lián)網(wǎng)”將順理成章取代現(xiàn)如今的互聯(lián)網(wǎng)。
量子商業(yè)化
而量子信息技術(shù)實用化的難點在于,，對多粒子糾纏的操縱,，這也是量子信息處理的核心物理資源?？茖W研究證明,，要實現(xiàn)有實用價值的量子模擬機和量子計算機的基本功能，起碼要實現(xiàn)幾十到上百個量子比特的糾纏,。目前,，科學家僅能一次性將12種粒子糾纏起來；而量子計算機要實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用,，至少需要將這一數(shù)字增加數(shù)十甚至上百倍,。看來,，量子通信的階段性成果觸手可及,，而有決定性意義的成果還需再接再厲！
量子技術(shù)：帶來無限可能
當然,，量子理論的應(yīng)用遠超計算和通信領(lǐng)域,，量子科學帶來無限可能。正如愛因斯坦所說：“我們現(xiàn)在所看到的只是一個尚未完全理解的真正實體的局部,?！蓖ㄟ^量子理論，人類將有機會在微觀和宏觀世界之間架設(shè)橋梁,。
總之,，利用量子理論來變革信息技術(shù),，有望實現(xiàn)對信息處理能力的革命性突破，量子計算機和量子通信不只存在于科幻小說中,，而是越來越接近現(xiàn)實世界,。量子科技在推動人類社會文明進步方面將發(fā)揮顛覆性作用，要進一步創(chuàng)新技術(shù)和變革理念,，以更好地操控多粒子糾纏,，進而推動量子產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。