我国抢占“第二次量子革命”全球制高点

“你好！”29日，从中国发出的一声问好，通过量子保密“京沪干线”，又经过“墨子号”卫星，跨越了半个地球来到奥地利。这是历史上首次洲际量子保密通信，通话内容经过量子加密后无法破解。一次简短的通话，留下浓墨重彩的一笔。如此长距离、实用化的量子保密通信，意味着覆盖全球的量子通信网络已离我们越来越近，中国在迎接“第二次量子革命”中走在了前列。

　　量子通信“京沪干线”总控中心分会场的科研人员正忙碌。 新华社记者 刘军喜摄

　　天地对接

　　保密通信突破千公里级

　　29日下午，中国科学院院长白春礼与奥地利科学院院长安东·塞林格通过量子保密通信网络进行了一次视频通话。

　　这次通话使用的量子密钥，信号是这样“走”的：先通过“京沪干线”北京控制中心与“墨子号”卫星兴隆地面站的连接，打通天地一体化广域量子通信的链路，然后通过“墨子号”与奥地利地面站的卫星量子通信，来到7000多公里以外的欧洲。

　　稍早之前，白春礼见证了“京沪干线”正式开通，并用量子加密视频会议系统分别与合肥、济南、上海、新疆等地成功通话。

　　“京沪干线”是一条连接北京、上海，贯穿济南和合肥的量子通信骨干网络，全长2000余公里，可满足上万名用户的密钥分发业务需求。通过这条线路，交通银行、工商银行、阿里巴巴集团也实现了京沪异地数据的量子加密传输等应用。

　　从百公里级的实验，到千公里级的实际应用，中科院量子信息与量子科技创新研究院研究团队不断取得突破，先后攻克了高速量子密钥分发、高速高效率单光子探测、可信中继传输和大规模量子网络管控等关键技术难题。

　　“能够进行这么长距离、多节点的量子保密通信，尤其是国外节点并非由我们建设，说明‘天地一体’量子通信网络是稳定、兼容的，可以实用化。”“京沪干线”项目首席科学家潘建伟院士说。

　　不再裸奔

　　数据加密实现质的飞跃

　　网购时有没有想过，交易信息真的安全吗？这些信息都经过加密，但并非不可破解。

　　通过“京沪干线”把银行的一笔钱从上海转账到北京——这是现场演示的量子保密通信一个实际应用。“京沪干线”项目工程总师陈宇翱说，由于量子具有“不可分割”“测不准”“不可克隆”等特性，量子保密通信在原理上是绝对安全、不可破解的。

　　科学家这样解释：首先，由于“不可分割”，窃听者无法分割出半个量子进行测量；其次，测量必然会改变量子的状态，窃听者也不能截取量子之后，去测量它的状态，因为这样窃听行为会暴露；第三，未知的量子态无法被精确复制，窃听者即使截取了量子，也不能精准复制量子状态来窃听，得到的只能是“伪码”。

　　这项技术并不局限于实验室里。我国已经率先将量子通信带到了日常生活中，让以量子密钥通信终端设备、全通光交换、网络路由设备为核心的量子信息安全系统，为涉密信息“保驾护航”。

　　“基于量子密钥分发的保密通信在我国实用化比较早，已经有了一批应用量子密钥的商用加密通信产品，包括量子U盾等。”科大国盾量子技术股份有限公司总裁赵勇说，未来一两年，量子密钥分发设备有望发布国家标准。

　　科大国盾承担了此次洲际量子通信的部分关键设备研制。事实上，“京沪干线”培育了量子通信的制造业和服务业，多数基础设备都是由中国企业自主研发和制造的。

　　不过，赵勇也表示，想要规模应用量子通信，还需要技术不断突破，解决损耗引起的速率下降和距离受限等问题，突破的方向包括提高发光频率、提高探测效率以及各种新技术。

　　颠覆创新

　　新一轮科研比拼中国领跑

　　在20世纪，“量子革命”孕育出激光、半导体、核能等技术，发展出光通信、电子计算机、手机、互联网等改变人类文明进程的重大应用。进入新世纪，以“量子调控”为特征的第二次量子革命拉开序幕。

　　在新的征程中，中国正领跑。

　　成功发射全球首颗量子科学实验卫星“墨子号”，成功研发世界上第一台超越早期经典计算机的光量子计算机，成功实现千公里量子纠缠分发、星地量子密钥分发和地星量子隐形传态……去年以来，我国科学家在量子科研领域连续获得世界级突破。

　　一系列“颠覆式创新”将被催生。跨越欧亚大陆的量子通话，展示着广域量子通信应用的雏形。据了解，国内多家银行与证券机构已开始进行同城数据备份、加密传输、网上银行加密、异地灾备及视频会议等量子保密传输的示范应用。

　　美国、欧盟纷纷制定实施新的国家量子科学发展计划，日本也正在进行量子通信卫星实验。抢占第二次量子革命制高点的国际竞争日趋激烈。

　　对于量子时代的科研与应用，我国科学家有着清晰的路线图：通过量子通信研究，从初步实现远程量子通信网，到实现多横多纵的全球量子通信网络；通过量子计算研究，为大规模计算难题提供解决方案，实现大数据时代的信息有效挖掘；通过量子精密测量研究，实现新一代定位导航、激光制导、水下定位、医学检测等。

　　“在新一轮的科研比拼中，我们的科研工作者将以时不我待的精神，艰苦奋斗、勇攀高峰。”白春礼说。（综合新华社电）

　　名词

　　量子通信

　　它是迄今唯一被严格证明无条件安全的通信方式，可以有效解决信息安全问题，可大规模应用在金融、政务、国防、电子信息等领域，建立完整的量子通信产业链和下一代国家主权信息安全生态系统。

原文发布时间为：2017年09月30日
本文作者：科技日报
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