1月8日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院潘建偉團(tuán)隊(duì)完成的“多光子糾纏及干涉測(cè)度”獲得2015年度國(guó)家自然科學(xué)銀獎(jiǎng)。經(jīng)“兩會(huì)”決議，量子通訊與量子計(jì)算機(jī)被列入“十三五”規(guī)劃綱要，成為未來(lái)兩年我國(guó)計(jì)劃施行的十大重點(diǎn)戰(zhàn)略工程及項(xiàng)目之一，量子通訊由此成為2016年科技領(lǐng)域最熱門(mén)的話題之一。這么，量子通訊是哪些？又怎么應(yīng)用呢？
量子通訊的概念與發(fā)展歷程1982年，美國(guó)化學(xué)學(xué)家Alain.和他的小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)否認(rèn)了微觀粒子“量子糾纏”現(xiàn)象確實(shí)存在，因而否認(rèn)了超距作用（愛(ài)因斯坦的幽靈）的存在，即任何兩種物質(zhì)之間，不管距離多遠(yuǎn)，都有可能互相影響，不受四維時(shí)空的約束。
1993年，在量子糾纏理論的基礎(chǔ)上，德國(guó)科學(xué)家C.H.提出了量子通訊的概念。量子通訊是由量子態(tài)攜帶信息的通訊方法，其借助光子等基本粒子的量子糾纏效應(yīng)實(shí)現(xiàn)保密通訊過(guò)程。此后，一個(gè)由6位來(lái)自不同國(guó)家的科學(xué)家組成的化學(xué)學(xué)國(guó)際小組基于量子糾纏理論，提出了借助精典與量子相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)量子隱型傳輸的方案。正式某個(gè)粒子的未知量子態(tài)傳送到另一個(gè)地方，把另一個(gè)粒子制備到該量子態(tài)上，而原先的粒子仍留在原處，這是量子通訊最初的方案。
1997年，在法國(guó)留學(xué)的中國(guó)青年學(xué)者潘建偉與法國(guó)學(xué)者丹巴斯特等人合作，首次實(shí)現(xiàn)了未知量子態(tài)的遠(yuǎn)程傳輸。這是國(guó)際上首次在實(shí)驗(yàn)上成功地將一個(gè)量子態(tài)從甲地的光子傳送到乙地的光子上。實(shí)驗(yàn)中傳輸?shù)闹皇鞘惆l(fā)量子信息的“狀態(tài)”，作為信息載體的光子本身并不被傳輸。
2008年，一支英國(guó)和法國(guó)科學(xué)家小組宣布，她們首次辨識(shí)出從月球上空1500公里處的人造衛(wèi)星上反射回月球的單批光子。2012年，中國(guó)科學(xué)家潘建偉等人在國(guó)際上首次成功實(shí)現(xiàn)百公里量級(jí)的自由空間量子隱型傳態(tài)和糾纏分發(fā)，國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)刊物《自然》雜志稱(chēng)這一成果基本上解決了量子通訊衛(wèi)星的遠(yuǎn)距離信息傳輸問(wèn)題，是“遠(yuǎn)距離量子通訊的里程碑”。
密鑰分發(fā)。量子隱型傳態(tài)借助量子糾纏將量子態(tài)傳送至任意位置，具有“不可偵測(cè)、無(wú)空間約束”的特征，在原理上絕對(duì)安全。并且基于隱型傳態(tài)的量子通訊目前只存在概念中，尚無(wú)實(shí)際應(yīng)用的反例。國(guó)外權(quán)威專(zhuān)業(yè)團(tuán)隊(duì)也表示，若無(wú)革命性的突破，該技術(shù)在近幾六年內(nèi)都沒(méi)有實(shí)用化的可能。所以，目前的量子通訊一般特指基于量子密鑰分發(fā)技術(shù)的安全保密通訊。其通訊過(guò)程與精典的加密通訊基本相同，都是由信息加密、信息傳輸、信息揭秘三個(gè)步驟組成，不同之處在于，加揭秘的過(guò)程上將普通秘鑰換成量子秘鑰，而信息的傳輸通常是通過(guò)精典方法（如光纖、衛(wèi)星等）來(lái)進(jìn)行。在目前以及不遠(yuǎn)的將來(lái)，量子通訊的應(yīng)用方法主要有以下三種。
基于量子光纖。現(xiàn)在已建成的光纖量子城域網(wǎng)和正在建設(shè)的2000公里“京滬干線”均采用的是該方法。即專(zhuān)門(mén)鋪裝光纖作為量子秘鑰分發(fā)的主要途徑。因?yàn)楣饫w傳輸過(guò)程中，光量子的能量有衰減量子通訊技術(shù)真?zhèn)?/strong>，所以每隔一段距離就須要加入專(zhuān)用中繼設(shè)備，讓光量子才能傳輸?shù)酶h(yuǎn)。
基于量子衛(wèi)星。當(dāng)須要進(jìn)行量子秘鑰分發(fā)的距離過(guò)大或不具備建設(shè)專(zhuān)用光纖線路條件的時(shí)侯，可以通過(guò)專(zhuān)用衛(wèi)星作為中繼進(jìn)行傳輸。預(yù)計(jì)在2016年7月發(fā)射的量子衛(wèi)星就將對(duì)該方法進(jìn)行試驗(yàn)。500公斤重的量子衛(wèi)星，由量子秘鑰通訊器、量子糾纏發(fā)射器、糾纏源、處理單元和激光通訊器構(gòu)成，衛(wèi)星將在中國(guó)和亞洲的兩個(gè)地面站之間中繼傳輸量子秘鑰。項(xiàng)目的首席科學(xué)家潘建偉教授表示，假如該試驗(yàn)成功，中國(guó)將發(fā)射多顆衛(wèi)星，于2020年建成聯(lián)接歐洲和亞洲的量子秘鑰分配網(wǎng)路，2030年建成全球化的廣域量子通訊網(wǎng)路。
基于聯(lián)通量子儲(chǔ)存器。美國(guó)研究機(jī)構(gòu)早已研發(fā)出手持式量子儲(chǔ)存及加揭秘設(shè)備，拿來(lái)儲(chǔ)存制備好的量子秘鑰。采用這些方法，須要進(jìn)行保密安全通訊的場(chǎng)合，僅需在發(fā)送端和接收端配發(fā)互相糾纏配對(duì)的量子秘鑰儲(chǔ)存設(shè)備，接入通訊鏈路，對(duì)信息進(jìn)行加揭秘處理。加密后的密文可以通過(guò)電臺(tái)、衛(wèi)星、甚至民用聯(lián)通通訊網(wǎng)路（聯(lián)通、聯(lián)通、電信等）進(jìn)行通訊。這些方法對(duì)于部隊(duì)與國(guó)防安全領(lǐng)域具有更重要的意義。
對(duì)量子通訊研究運(yùn)用的思索量子保密通訊在美國(guó)均處于實(shí)驗(yàn)室技術(shù)研究階段，包括英國(guó)在內(nèi)，沒(méi)有步入實(shí)際工程應(yīng)用，這其中的誘因值得深思。除中國(guó)外，世界上其他研究量子通訊的機(jī)構(gòu)和國(guó)家都沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模工程應(yīng)用，包括新加坡。在英國(guó)，早在2003年，DARPA和NIST（日本國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局）制造出世界上第一臺(tái)QKD（量子秘鑰分發(fā)）實(shí)驗(yàn)床，自此，公開(kāi)的信息中再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)量子通訊方面的進(jìn)展。這就形成了幾種猜想：一是日本政府將量子通訊技術(shù)的進(jìn)展作為核心絕密，外界難以獲得與之有關(guān)的任何線索；二是日本政府暫未將量子通訊技術(shù)作為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象。關(guān)于第一點(diǎn)，我們只能憑著猜想。關(guān)于第二點(diǎn)倒是有幾個(gè)旁證。眾所周知，日本倘若要發(fā)展某項(xiàng)新技術(shù)，會(huì)在其各種“規(guī)劃”中有所彰顯，如大數(shù)據(jù)技術(shù)、激光裝備技術(shù)等。并且，假如要將某項(xiàng)新技術(shù)大規(guī)模工程應(yīng)用，其所做的第一件事情必然是定標(biāo)準(zhǔn)或合同。如當(dāng)初，DARPA在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域就是通過(guò)定下各類(lèi)互聯(lián)網(wǎng)通用合同，因而確立了法國(guó)在信息領(lǐng)域的霸主地位。時(shí)至今日，日本仍然沒(méi)有為量子保密通訊定標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)備，反倒投入力量進(jìn)行后量子加密技術(shù)研究。
量子保密通訊技術(shù)從原理上來(lái)說(shuō)是“絕對(duì)安全”的，而且“有人參與的量子通訊”卻存在各類(lèi)問(wèn)題。量子保密通訊并非無(wú)懈可擊，比如通訊鏈路上的身分認(rèn)證問(wèn)題。目前我國(guó)應(yīng)用的量子通訊主要借助光纖網(wǎng)路傳輸秘鑰，當(dāng)距離足夠遠(yuǎn)時(shí)，須要進(jìn)行訊號(hào)中繼。美國(guó)一研究團(tuán)隊(duì)早已研制出通過(guò)訊號(hào)中繼加入自己信息的技術(shù)，可以向目標(biāo)發(fā)送任何信息，而因?yàn)榱孔油ㄓ嵾^(guò)程中沒(méi)有相應(yīng)的身分認(rèn)證過(guò)程，目標(biāo)端難以區(qū)分真假。隨著研究的深入，目前的量子保密通訊技術(shù)肯定會(huì)有更多的問(wèn)題被發(fā)覺(jué)。
量子保密通訊在達(dá)到核心理論、核心技術(shù)、核心元元件三方面完全自主化之前，投入需慎重。有專(zhuān)家強(qiáng)調(diào)，到目前為止量子通訊技術(shù)真?zhèn)?/strong>，我國(guó)量子通訊領(lǐng)域的元元件70%~80%依賴進(jìn)口，做科學(xué)試驗(yàn)沒(méi)有問(wèn)題，但這樣是難以保證其產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的，安全性也有問(wèn)題。
量子保密通訊技術(shù)只是實(shí)現(xiàn)安全通訊的一種手段，并非不可取代。現(xiàn)有的量子通訊嚴(yán)格意義上只是一種秘鑰分發(fā)技術(shù)，就整個(gè)通訊系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其構(gòu)架還是精典的，并非無(wú)懈可擊。量子通訊技術(shù)只能對(duì)整個(gè)通訊系統(tǒng)中的部份環(huán)節(jié)起作用，要實(shí)現(xiàn)安全通訊，完全可以從其他環(huán)節(jié)入手，或直接在整體構(gòu)架上進(jìn)行革新。諸如，日本沒(méi)有大力發(fā)展量子通訊，可能就是覺(jué)得精典密碼體系現(xiàn)階段足以滿足其通訊安全的需求。