全省政協(xié)十三屆一次例會首場“委員通道”3月3日在人民會堂北大廳舉辦。全省政協(xié)委員、中科院教授、中國科技學(xué)院常務(wù)副院長潘建偉在“委員通道”表示，量子通訊原理上可以提供一種不能破解、不能監(jiān)聽的安全信息傳輸方法，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，我們希望才能建立一個天地一體化的量子保密通訊網(wǎng)路，來保護(hù)千家萬戶的信息安全。
從理想王國走到了現(xiàn)實王國
2018年1月21日，“2017科技峰會”頒獎儀式在衛(wèi)視演播大廳隆重召開。潘建偉領(lǐng)銜的“天地一體化廣域量子通訊技術(shù)研究團(tuán)隊”入選年度科技創(chuàng)新團(tuán)隊。中國科大學(xué)教授白春禮為該團(tuán)隊頒獎。
“天地一體化廣域量子通訊技術(shù)研究團(tuán)隊”經(jīng)過歷時10余年的協(xié)同攻關(guān)，取得了天地一體化廣域量子通訊技術(shù)的重大突破。自主研發(fā)了世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地量子通訊，完滿實現(xiàn)全部既定科學(xué)目標(biāo)；國家量子保密通訊“京滬干線”通過總技術(shù)初驗，促使我國的量子通訊研究水平全面處于國際領(lǐng)先地位。結(jié)合“京滬干線”與“墨子號”的天地鏈路，中國和俄羅斯之間在國際上首次成功實現(xiàn)了距離達(dá)7600公里的洲際量子秘鑰分發(fā)，標(biāo)志著天地一體化廣域量子通訊網(wǎng)路雛型早已產(chǎn)生。用潘建偉的話說，千公里級的星地單向量子通訊，總算“從理想王國走到了現(xiàn)實王國”。
前面提及的“量子通訊”，是借助量子比特作為信息載體來傳輸信息的通訊技術(shù)，可在確保信息安全、增大信息傳輸容量等方面突破精典信息技術(shù)的極限。量子通訊有兩種最典型的應(yīng)用，一種是量子秘鑰分發(fā)，另一種是量子隱型傳態(tài)。量子秘鑰分發(fā)克服了精典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患量子傳輸 設(shè)備，是迄今為止惟一被嚴(yán)格證明是原理上無條件安全的通訊方法，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。
這聽起來“玄而又玄”的“黑科技”正影響改變著我們的現(xiàn)今和未來——我國科學(xué)家自主研發(fā)的量子通訊武器，早已為60華誕元旦閱兵、黨的“十八大”“十九大”、紀(jì)念抗日勝利70華誕閱兵等國家重要政治活動提供了信息安全保障。中國保監(jiān)會銀行業(yè)監(jiān)管信息報送、中國人民建行人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)、中國工商建行網(wǎng)上建行數(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ㄓ嵓夹g(shù)。
堪稱萬米高空向儲錢罐里扔硬幣
中國量子通訊團(tuán)隊取得了舉世矚目的重要成果，在這當(dāng)中她們遭到了如何的技術(shù)困局？
潘建偉介紹說，在量子通訊技術(shù)的研制過程中，首先要面對的是制備單個光量子的技術(shù)困局。他舉了一個十分形象的事例，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，想要實現(xiàn)單個光量子的制備就好似在這百億億個光量子發(fā)射下來的頓時捕捉到其中的某一個，技術(shù)難度可想而知。另一個困局是單光子的偵測。單個光子早已是光能量的最小單元，能量是十分微弱的，須要發(fā)展出十分精密和高效的單光子偵測技術(shù)。具備了單個光量子的制備和偵測能力后，才才能實現(xiàn)安全的量子通訊。這僅僅指的是地面上的量子通訊，而要實現(xiàn)量子衛(wèi)星與地面的星地通訊難度更可想而知。
“簡單地講幾件事情，你會大致明白到底有多難。”量子通訊技術(shù)研究團(tuán)隊王建宇院長細(xì)數(shù)了“墨子號”衛(wèi)星的種種難關(guān)，“舉個反例，要從1000公里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客機(jī)上，同時向地面兩個旋轉(zhuǎn)的投幣口狹長的儲蓄罐掉入一個個硬幣。儲蓄罐的投幣口是狹長的，相當(dāng)于光的偏振光，它是有方向的，硬幣要把方向?qū)镁湍芡迫肴ィ遣皇侨右粋€，要兩側(cè)同時都扔準(zhǔn)才行。”王建宇說，她們做過一個估算量子傳輸 設(shè)備，一根火柴劃一下大約有1017個光子，而衛(wèi)星地面站的偵測能力，相當(dāng)于在月球上的人不用任何儀器，要發(fā)覺在月亮上有人劃了一根火柴。“此外，還要在每秒一億個光子上面，搞明白我們偵測到的是第幾個光子，這種光子都是排好隊的，抓一個就要曉得它是第幾個，這樣就能拿來做秘鑰。而這對于量子通訊的眾多難題而言，只是特別簡單的一個小細(xì)節(jié)。”王建宇說。
爭分奪秒鋪就量子通天長路
面對這一深刻影響未來的科技競爭，傳統(tǒng)科技強(qiáng)國都在積極整合各方面的研究力量和資源，力爭在量子信息技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用方面搶占先機(jī)。
全球最大的獨立科技研制機(jī)構(gòu)英國公司提出了商業(yè)化的廣域量子通訊網(wǎng)路規(guī)劃，并考慮建造環(huán)加拿大的萬公里量子通訊骨干網(wǎng)路，為微軟、IBM、微軟、亞馬遜等公司的數(shù)據(jù)中心之間提供量子通訊服務(wù)；日本SK電訊提出了環(huán)日本量子通訊干線規(guī)劃；日本也計劃投資量子通訊…….
因此，我國進(jìn)一步加碼。國家發(fā)改委近來即將啟動國家廣域量子保密通訊骨干網(wǎng)路建設(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3.5萬公里的量子保密通訊互聯(lián)網(wǎng)。
中科院在前期基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合統(tǒng)籌全省院校、科研院所和相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新要素和優(yōu)勢資源，最終產(chǎn)生聚焦國家長遠(yuǎn)目標(biāo)和重大需求的原創(chuàng)性、集成性科技創(chuàng)新成果，培植產(chǎn)生戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。
2018年，量子通訊的未來已來，重?fù)?dān)在肩，目標(biāo)已定：
——研制中高軌量子通訊衛(wèi)星，量子秘鑰分發(fā)量滿足機(jī)要部門業(yè)務(wù)化運行的需求；
——為新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施“國家廣域量子保密通訊骨干網(wǎng)”的建設(shè)提供堅實的技術(shù)支撐，滿足金融、政務(wù)、電力、電信等行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用需求，實現(xiàn)核心量子通訊元件的全面國產(chǎn)化，產(chǎn)生系統(tǒng)性量子通訊國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參與并主導(dǎo)國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制訂。
與此同時，面向建立覆蓋全球的量子通訊網(wǎng)路遠(yuǎn)期目標(biāo)，我國正計劃建設(shè)業(yè)務(wù)化運行的量子密碼衛(wèi)星網(wǎng)路，將發(fā)射多顆低軌量子通訊衛(wèi)星組成量子星座，提供覆蓋全球的量子密碼分發(fā)服務(wù)，量子保密通訊服務(wù)將從二維平面擴(kuò)充到三維空間，星地量子秘鑰分發(fā)的實用化和規(guī)模化應(yīng)用正加速到來。
誠如量子通訊團(tuán)隊的一幅新年挽聯(lián)：前仆后繼展天地通訊芳容，爭分奪秒鋪量子通天長路。