■圖為孟寶宏近影。
步入21世紀(jì)，隨著世界電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)的信息技術(shù)正式達(dá)到數(shù)學(xué)極限，以量子效應(yīng)為基礎(chǔ)的量子通訊，將成為推動未來科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。這么，哪些是量子通訊？其發(fā)展現(xiàn)況和趨勢如何？在國防和軍事應(yīng)用方面的前景怎樣？近日，本報通信員采訪了通訊指揮大學(xué)通訊發(fā)展戰(zhàn)略研究所主任孟寶宏。
量子通訊理論蘊育通訊技術(shù)革命
問：據(jù)我們了解，量子通訊是量子論與信息論相結(jié)合的產(chǎn)物。這么，哪些是量子通訊？
答：對于量子通訊的概念，目前眾說紛紜，從不同的角度有不同的敘述。通常意義上講，量子通訊是借助量子糾纏效應(yīng)進(jìn)行信息傳遞的一種新型的通訊方法。所謂量子糾纏，是指微觀世界里，有共同來源的兩個微觀粒子之間存在著糾纏關(guān)系，不管它們離多遠(yuǎn)，只要一個粒子狀態(tài)發(fā)生變化，能夠立刻使另一個粒子狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)變化。也就是說，兩個處于糾纏狀態(tài)的粒子無論相距多遠(yuǎn)，都能“感應(yīng)”對方狀態(tài)。從數(shù)學(xué)學(xué)上講，量子通訊是在數(shù)學(xué)極限下，借助量子效應(yīng)實現(xiàn)的高性能通信形式；從信息學(xué)上理解，量子通訊是借助量子力學(xué)的基本原理或則量子態(tài)隱型傳輸等量子系統(tǒng)特有屬性以及量子檢測方式，完成兩地之間的信息傳遞。
問：與成熟的傳統(tǒng)通訊技術(shù)相比，量子通訊主要有什么特征？
答：綜合各方面的研究成果，我覺得，量子通訊與成熟的傳統(tǒng)通訊技術(shù)相比，主要有以下特性：
一是量子通訊是安全保密通訊。據(jù)有關(guān)專家介紹，用光量子電話網(wǎng)，其實跟平時打電話一樣，卻不用害怕被監(jiān)聽，互相之間通話絕對安全。這是由于，量子通訊采用的是“一次一密”的加密方法，三人通話期間，密碼機每分每秒都在形成密碼，牢牢“鎖”住語音信息；一旦通話結(jié)束，這串密碼都會立刻失效，下一次通話絕對不會重復(fù)使用，但是量子通訊所提供的秘鑰難以被破解。
二是量子通訊是超光速通訊。與傳統(tǒng)光速通訊相比，量子超光速通訊具有許多人們夢寐以求的優(yōu)點：量子超光速通訊的線路碼流可以為零，因而實現(xiàn)了最快通訊；量子信息傳遞的過程不會為任何障礙所阻隔；量子超光速通訊完全環(huán)保，不存在任何電磁幅射污染。
三是量子通訊是遠(yuǎn)距離通訊。有科學(xué)實驗否認(rèn)，量子隱型傳態(tài)過程中穿越大氣層的可能性，為未來基于衛(wèi)星量子中繼的全球化量子通訊網(wǎng)奠定了可靠基礎(chǔ)。
量子通訊發(fā)展將催生量子信息時代
問：據(jù)我們了解，量子通訊技術(shù)發(fā)展非常迅猛。請問我們應(yīng)怎樣看待這個問題？
答：量子通訊技術(shù)發(fā)展確實已出乎人們想像。有專家預(yù)測，量子通訊技術(shù)可能在20～30年后對人類社會發(fā)展形成無法估量的影響，量子通訊理論研究和量子通訊實踐應(yīng)用的不斷突破，充分表明量子通訊已成為21世紀(jì)通訊與信息領(lǐng)域發(fā)展的方向和主流。可以說人類首次實現(xiàn)量子通訊，量子通訊將催生量子信息時代的將至。因為量子通訊應(yīng)用在信息時代具有巨大的優(yōu)勢，因此發(fā)展迅猛，并在理論研究和實踐應(yīng)用上取得了重大突破，引起了世界各國政府、科技界和信息產(chǎn)業(yè)界的高度注重。
問：我們曉得，量子通訊技術(shù)已成為現(xiàn)今世界發(fā)達(dá)國家激烈競爭的焦點和熱點，請您給我們簡單介紹一下發(fā)達(dá)國家的發(fā)展情況。
答：回望量子通訊發(fā)展，僅僅走了不足20年，但量子通訊發(fā)展正在推動信息科學(xué)發(fā)展的跨越。1997年，在法國留學(xué)的中國青年學(xué)者潘建偉與法國學(xué)者丹巴斯特等人合作，首次實現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。這是國際上首次在實驗上成功地將一個量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。
2002年，日本制訂的“十年發(fā)展規(guī)劃”中明晰提出，“到2012年發(fā)展一套可行的帶有足夠復(fù)雜度的量子估算技術(shù)”，英國全省科學(xué)基金會投資5000萬歐元對量子通訊進(jìn)行研究。目前，俄羅斯白宮和五角大廈安裝了量子通訊系統(tǒng)，并已投入使用。
美國郵政省把量子通訊納入21世紀(jì)的戰(zhàn)略項目，并于2000年將量子通訊技術(shù)作為一項國家級高技術(shù)納入開發(fā)計劃，10年內(nèi)投資400多億美元，主要研究光量子密碼及光量子信息傳輸技術(shù)。
法國創(chuàng)立了包括西班牙、法國、德國、意大利、奧地利和瑞士等國在內(nèi)的量子信息數(shù)學(xué)學(xué)研究網(wǎng)，這是繼法國核子中心和航天技術(shù)國際合作以后，又一針對科技重大問題的大規(guī)模國際合作。
量子通訊為國防和軍事博得先機
問：量子通訊的先進(jìn)性不言而喻。這么，它在國防和軍事上應(yīng)用前景怎樣？
答：我覺得，量子通訊在國防和軍事應(yīng)用前景遼闊。1994年開始，加拿大國防中級研究計劃局旨在于用3-5年的時間推動量子通訊技術(shù)方面的研究，德軍施行了“以不加外力傳輸?shù)男问较驊?zhàn)場和全球傳輸報文能力”的量子通訊計劃。當(dāng)前，世界范圍內(nèi)的量子通訊研究具有寬廣的應(yīng)用發(fā)展前景，非常是在國防和軍事領(lǐng)域，量子通訊具有信息安全傳輸和超光速通訊等優(yōu)勢，顯示出了無與倫比的魅力。
一是還能應(yīng)用于通訊秘鑰生成與分發(fā)系統(tǒng)。量子技術(shù)最大特征是具有完全安全性的特點，是傳統(tǒng)加密通訊未能實現(xiàn)的。在現(xiàn)有的軍事通訊系統(tǒng)網(wǎng)路基礎(chǔ)上，可以通過天基平臺布署量子通訊秘鑰生成與分發(fā)系統(tǒng)，向未來戰(zhàn)場覆蓋區(qū)域內(nèi)任意兩個用戶分發(fā)量子秘鑰，因而構(gòu)成作戰(zhàn)區(qū)域內(nèi)機動的安全軍事通訊網(wǎng)路。
二是才能應(yīng)用于信息對抗。因為光量子密碼具有“不可破”和“竊聽可知性”，且光量子加密設(shè)備可與現(xiàn)今的光纖通訊設(shè)備融合。為此，可以拿來改進(jìn)目前軍用光網(wǎng)信息傳輸保密性，進(jìn)而提升信息保護(hù)和信息對抗能力。
三是還能應(yīng)用于深海安全通訊。岸基與深海之間的通訊仍然是世界性困局。借助短波通訊，除了系統(tǒng)龐大、造價高、抗毀性差，但是僅能實現(xiàn)海水下百米左右的通訊。因為量子通訊光量子隱型傳態(tài)與傳播媒質(zhì)無關(guān)，這就為遠(yuǎn)洋深海安全通訊開辟了一條嶄新的途徑。
四是才能應(yīng)用于建立超光速信息網(wǎng)路。軍事信息網(wǎng)路須要大容量、高速率傳輸處理及按需共享能力。隨著量子通訊技術(shù)的研制突破和日趨成熟，可以借助量子隱型傳態(tài)以及超大信道容量、超高通訊速度和信息高效率等特性人類首次實現(xiàn)量子通訊，構(gòu)建滿足軍事特殊需求的超光速軍事信息網(wǎng)路。
右圖：量子通訊示意圖。