一個濟南人因量子通訊"感動中國"，但是量子通訊是啥
02-1010:15
在中央電視臺舉辦2016年度感動中國人物頒獎儀式，北京量子通訊帶頭人、中國科大學教授潘建偉得獎，“嗅每一片枯葉的氣味，對世界保持著孩童般的好奇，只是和科學糾纏，保持與名利的距離，站在世界的最后排與宇宙對話，以先輩的名義，做前無古人的事業！”組委會給與他這么頒獎詞。
20年前，英國，一位26歲的中國中學生，面對導師的提問“你的夢想是哪些”，他回答，“我要在中國建一個世界一流的量子化學實驗室”。這個中學生的名子叫潘建偉。
2016年8月16日下午，中國量子衛星“墨子號”在西昌衛星發射中心成功發射，它是世界首顆量子科學實驗衛星，標志著目前中國在量子通訊領域早已領跑世界。這個項目的首席科學家正是潘建偉。
量子通訊，是目前理論上惟一被證明無條件安全的通訊手段。量子衛星的發射，意味著中國量子保密通訊技術成功了一半。
設計要求快速飛行的量子衛星能被地面的光學天線精準追隨，這相當于在一萬米高空的客機上往地面的一個儲蓄罐里投硬幣，還必須保證每位硬幣都還能扔到儲蓄罐中。
量子世界
量子是光子、質子、中子、電子、介子等基本粒子的合稱，是目前化學世界已知的最小基本微粒。日常生活中無處不在的光就由大量光量子組成。在量子熱學中，科學家聚焦的是：在單個原子或次原子粒子尺度上，物質與能量的行為和互相作用。相較于宏觀化學世界，量子有好多奇妙特點，例如量子疊加和量子糾纏。其中，對通訊最重要的影響是“量子糾纏”。量子信息學是量子熱學與信息科學相結合的產物，它包括量子密碼、量子通訊、量子計算機等，近些年來，在理論和實驗上都取得了重大突破。
20世紀90年代，化學學家在理論上證明，對微觀世界的物體而言，利用神奇的“量子糾纏”，可以將物質的未知量子態精確傳送到遙遠地點，而不用傳送物質本身。將量子熱學理論和信息技術結合，通過對光子、原子等微觀粒子的精確操縱，信息編碼、存儲、傳輸等處理方法將會發生革命性改革。
因為一個量子單元的行為能頓時影響另一個量子單元，進而改變被檢測物質的狀態，這一特點意味著，不可能實現對一個未知量子單元的精確復制。基于這一原理，科學家提出了量子密碼的概念量子通訊速度，也就是器具有量子態的物質作為密碼。
量子密碼
量子密碼是應用量子糾纏效應來進行信息的保密性傳輸，它的優點在于：毋須在密碼編輯上勞神吃力，甚至根本不用常規密碼，直接把信息以糾纏態形式發送，即可完美保密。緣由是，當黑客闖進傳輸網路，光子束會出現衰弱，每位節點的偵測器還會強調錯誤等級的降低，因而發出受干擾警報；發送與接收雙方也會隨機選定比較，全部匹配才能確認信息沒有被監聽。這樣一來，黑客就沒法不留痕跡地闖進一個量子系統，甚至連嘗試解碼這一舉動，就會造成量子密碼系統改變原有狀態。其實，即使有黑客成功攔截獲得了一組密碼信息的解碼鎖匙，也僅是亂碼信息，而在完成這一舉動的同時，也造成了秘鑰的變化。當合法的信息接收者檢測鎖匙時量子通訊速度，則可以從量子態的改變中曉得密碼曾被截取過，一旦發覺紕漏，都會馬上更換新的秘鑰。
安全鎖匙
量子密碼的出現使秘鑰的安全性形成了全新變化。將量子密碼應用于量子通訊系統中，就成了量子保密通訊。隨著量子通訊技術產業化和廣域量子通訊網路的實現，用不了太多時日，量子保密通訊作為保障信息社會通訊安全的關鍵技術，將會邁向大規模應用——廣泛應用于政治、經濟、科技、金融等重要領域，為信息化社會提供基礎的保密服務和最可靠的安全保障。
超級速率
不僅安全保密外，“神速”也是量子通訊的另一大優勢。傳統通訊的算法基礎是0或1，而量子通訊是量子單元，除了富含0或1，還有0和1共存的狀態，所有單元可同時完成邏輯運算，同時完成多重任務。量子計算機的這一特點，注定了量子通訊的速率將比現今的通訊速率大大增強。諸如，4G網路延后時間為50微秒，無線網通號從火星傳到月球要延后十幾分鐘。而采用量子通訊技術，不受傳輸距離影響，可清除延后現象，實現“即時”通信。在未來，量子通訊即時溝通的優勢將大有用武之地。
顯而易見，量子特點在信息領域中有著獨到功用，在提升運算速率、確保信息安全、增大信息容量等方面，將突破現有信息系統的極限。量子通訊可以從根本上防止竊密，確保信息安全，并才能極大提升信息處理速率。量子通訊大規模推廣應用后，“量子互聯網”將順理成章代替現現在的互聯網。
量子商業化
而量子信息技術實用化的難點在于，對多粒子糾纏的操縱，這也是量子信息處理的核心數學資源。科學研究證明，要實現有實用價值的量子模擬機和量子計算機的基本功能，至少要實現幾十到上百個量子比特的糾纏。目前，科學家僅能一次性將12種粒子糾纏上去；而量子計算機要實現商業化應用，起碼須要將這一數字降低數十甚至上百倍。看來，量子通訊的階段性成果觸手可及，而有決定性意義的成果還需再接再厲！
量子技術：帶來無限可能
其實，量子理論的應用遠超估算和通訊領域，量子科學帶來無限可能。正如愛因斯坦所說：“我們如今所見到的只是一個仍未完全理解的真正實體的局部。”通過量子理論，人類將有機會在微觀和宏觀世界之間架設橋梁。
其實，借助量子理論來改革信息技術，有望實現對信息處理能力的革命性突破，量子計算機和量子通訊不只存在于懸疑小說中，而是越來越接近現實世界。量子科技在推進人類社會文明進步方面將發揮顛覆性作用，要進一步創新技術和改革理念，以更好地操控多粒子糾纏，從而促使量子產業發展壯大。
（中國科學技術學院新聞網、鳳凰山西、經濟晚報）