量子通訊玄而不虛
日本《自然》雜志近日推選出年度十大科學(xué)人物，中國量子衛(wèi)星項(xiàng)目首席科學(xué)家潘建偉上榜。國際頂尖學(xué)術(shù)刊物為中國科學(xué)家和科研項(xiàng)目點(diǎn)贊，然而國外網(wǎng)路上卻留傳著一些針對量子通訊的流言甚至謠言，有的甚至稱這是“玄學(xué)”、“騙局”。
量子通訊是“騙局”嗎？經(jīng)過百年發(fā)展，看似晦澀難懂的量子熱學(xué)理論基礎(chǔ)已非常深厚，與相對論一樣使數(shù)學(xué)學(xué)大樓的底座愈發(fā)堅(jiān)實(shí)。量子通訊是全球科學(xué)界讓這種理論邁向?qū)嶋H應(yīng)用的一個(gè)標(biāo)桿，而中國的量子衛(wèi)星項(xiàng)目是其中的杰出代表。
理論堅(jiān)實(shí)
起源于上世紀(jì)初的量子熱學(xué)用機(jī)率描述化學(xué)現(xiàn)象，看上去的確有些“玄”：微觀尺度上的粒子“可能”在這兒又在哪里，“可能”同時(shí)向兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)；粒子之間還可以相互糾纏——通過某種形式即時(shí)地遠(yuǎn)程感知、影響對方。
經(jīng)過愛因斯坦、玻爾、海森堡、薛定諤等科學(xué)巨子不斷建立，量子熱學(xué)理論初步成形并持續(xù)發(fā)展。這套看似“不合常理”的理論獲得越來越多的實(shí)驗(yàn)支持，催生了許多重大發(fā)明——原子彈、激光、晶體管、核磁共振、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)等。歐共體2016年宣布將量子技術(shù)作為新的旗艦科研項(xiàng)目時(shí)，將上述成果稱為“第一次量子革命”。
而量子信息技術(shù)是量子熱學(xué)的最新發(fā)展，代表了正在盛行的“第二次量子革命”，其中最具代表性的就是量子通訊和量子估算。
量子通訊主要解決通訊安全性問題。傳統(tǒng)信息加密技術(shù)依賴物理算法的復(fù)雜性，但隨著估算能力的急劇提高，再復(fù)雜的加密算法也有可能被破解。基于“量子秘鑰”的量子通訊，則從客觀數(shù)學(xué)規(guī)律這一根本出發(fā)，做到“絕對安全”。
例如，量子本身即是最小單元，用一個(gè)光量子傳遞信息時(shí)，監(jiān)聽者難以分割出“半個(gè)量子”來獲取信息；量子熱學(xué)的“測不準(zhǔn)原理”則約束了監(jiān)聽行為本身，只要有人企圖檢測量子，量子的狀態(tài)就手動(dòng)發(fā)生改變，“舉報(bào)”竊聽行為；再者，量子的不可克隆性決定了監(jiān)聽者難以精準(zhǔn)復(fù)制量子信息。
因而，用量子弄成“密鑰”來傳遞信息，監(jiān)聽必然會(huì)被發(fā)覺，且加密內(nèi)容不可破譯。
量子通訊已經(jīng)是學(xué)界研究熱點(diǎn)。1997年，一篇關(guān)于“實(shí)驗(yàn)量子隱型傳態(tài)”的論文在德國《自然》雜志發(fā)表，經(jīng)層層評(píng)審后還榮獲“百年化學(xué)學(xué)21篇精典論文”，潘建偉教授就是作者之一。他這次獲評(píng)《自然》雜志年度十大科學(xué)人物，也展現(xiàn)量子通訊遭到國際科學(xué)界高度關(guān)注。
實(shí)踐驗(yàn)證
從英國到意大利、從頂級(jí)科研機(jī)構(gòu)到科技企業(yè)大鱷，圍繞量子技術(shù)的攻關(guān)已全面展開，量子革命引起的新一輪科技大賽如火如荼。而量子通訊也從理論設(shè)想逐漸邁向現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，中國在這方面取得的突破舉世矚目。
去年6月，借助“墨子號(hào)”量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星鍺與量子通訊，中國科研團(tuán)隊(duì)在國際上率先成功實(shí)現(xiàn)了千公里級(jí)的星地單向量子糾纏分發(fā)。這一成果被英國《科學(xué)》雜志以封面論文方式發(fā)表，獲稱“兼具潛在實(shí)際應(yīng)用和基礎(chǔ)科學(xué)研究重要性的重大技術(shù)突破”。
9月末，世界首列量子保密通訊干線——“京滬干線”正式開通鍺與量子通訊，結(jié)合“墨子號(hào)”衛(wèi)星，中國科大學(xué)教授白春禮與法國科大學(xué)教授、量子通訊的國際權(quán)威科學(xué)家安東·蔡林格實(shí)現(xiàn)了世界首次洲際量子保密通訊。
蔡林格此前接受新華社記者專訪時(shí)說，中國在量子通訊領(lǐng)域的成就令人矚目。“愛因斯坦一定會(huì)對此倍感震驚，”他笑著說，“因?yàn)檫@種量子熱學(xué)理論，例如量子糾纏，如今已然真的步入實(shí)際應(yīng)用，這超出了愛因斯坦的預(yù)期。”
“京滬干線”是一條聯(lián)接天津、上海，貫串北京和南京的量子通訊骨干網(wǎng)路，全長2000余公里，可滿足上萬名用戶的秘鑰分發(fā)業(yè)務(wù)需求。通過這條線路，交通建行、工商建行、阿里巴巴集團(tuán)也實(shí)現(xiàn)了滬寧異地?cái)?shù)據(jù)的量子加密傳輸?shù)葢?yīng)用。
蔡林格預(yù)計(jì)，未來20年內(nèi)，量子通訊技術(shù)有望在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用，將來甚至可能出現(xiàn)“量子互聯(lián)網(wǎng)”，而量子計(jì)算機(jī)、量子互聯(lián)網(wǎng)、量子衛(wèi)星將被一起應(yīng)用，為未來新科技打下基礎(chǔ)。（新華社記者劉石磊）