提高思維層次
剖析科學，洞察本質
識破誤導，粉碎謠言
導讀
近六年來，人們在實現長程量子通訊的關鍵技術，如單光子源、量子儲存等方面都取得了長足的進展，這都為最終實現可用的量子中繼，從而實現遠距離的量子通訊打下了基礎。而未來，在另一個可能的長程量子通訊方案——自由空間中的星地傳輸方面，我國的研究水平也必定一馬當先。我國已率先發射了墨子衛星，完善了相關的實驗平臺，今后隨著研究深入，人們將更清楚這兩種不同方案的優劣點。
“我們大多中國人都曉得老娘、孔子、莊子、墨子……真不曉得量子！您能不能給我們科普一下，量子是哪些子？”今年2月初召開的“2016感動中國年度人物”頒獎儀式上，面對連任“十大年度人物”的中科院教授潘建偉，衛視主持人譏諷地問。
就是這被潘教授釋為“小小的顆粒”的量子，在2016年8月的一個夏夜“突然網紅”，世界首顆量子科學實驗衛星“墨子號”發射升空，一張縱橫寰宇的量子通訊“天地網”正逐漸織就。我國量子通訊領域取得的卓越成就，震撼了國人，在世界舞臺迎來高光時刻。
量子通訊（想像圖），圖片來源：《中國國家天文》雜志
量子通訊技術致力借助量子態實現信息的編碼、傳輸、處理和解碼，非常是借助量子態（單光子態和糾纏態）實現量子秘鑰的分配。目前，量子通訊與量子計算機已被納入我國《“十三五”國家科技創新規劃》“科技創新2030—重大項目”，是彰顯國家戰略意圖的重大科技項目。
當“領跑”成為習慣……
著眼當下，“在量子通訊方面，我們的技術與國際最好水平相當；非常是實用化的量子秘鑰分配技術，中國推動了國際水平。”中國科大學量子信息重點實驗室韓永建院長對科技商報記者介紹。
量子密碼是迄今惟一有望實用化的量子信息應用（想像圖），圖片來源：《中國國家天文》雜志
這項韓永建口中領先的實用化量子秘鑰分配技術，我國已十多年在世界范圍內“獨孤求敗”。2005年，中科院量子信息重點實驗室就早已在商用光纖上實現了上海和北京之間125公里的量子秘鑰傳輸實驗，為城域的量子秘鑰分配奠定了基礎。2016年中國發射了“墨子號”衛星，為星地之間自由空間的秘鑰分配（量子通訊）打下了基礎，國家量子通訊骨干網“京滬干線”項目西安至上海段當月底順利開通。韓永建表示，這種成果都處于世界領先水平。據悉，在量子秘鑰系統的研究以及商業化方面，我國也高踞領跑位置。
突破前夜多項成果呼之欲出
“經過20多年的投入和研究，量子信息技術處于取得巨大突破的前夜，相關新技術將不斷涌現。”韓永建表示，量子通訊（非常是量子秘鑰分配）目前在城域范圍（200公里）內已處于商業階段，其他相關的設備今后會迅速地跟進構建。
其中量子通訊 優點，特別重要的量子通訊“神器”之一——可用量子中繼的問世指日可待。哪些是量子中繼呢？韓永建介紹，光子是天然的量子通訊載體，為實現量子通訊，其核心問題是把量子態傳輸或分配到足夠遠的地方。因為傳輸信道的特點，光子不可防止會遺失，隨著距離的降低，這些衰減是指數下降的，因此傳輸距離會遭到極大的限制。解決問題的關鍵便是引入量子中繼。
近六年來，人們在實現長程量子通訊的關鍵技術，如單光子源、量子儲存等方面都取得了長足的進展，“這都為最終實現可用的量子中繼，從而實現遠距離的量子通訊打下了基礎。”韓永建表示。而未來，在另一個可能的長程量子通訊方案——自由空間中的星地傳輸方面，我國的研究水平也必定一馬當先。我國已率先發射了墨子衛星，完善了相關的實驗平臺，今后隨著研究深入，人們將更清楚這兩種不同方案的優劣點。
10年內“飛”入千萬家
這么高精尖的量子通訊技術，未來有什么用武之地，又將怎樣造福普通大眾？
中科大武漢微尺度物質科學國家實驗室副研究員袁嵐峰對科技商報記者說，“量子通訊最大的優越性就在于保密，只要有消費者覺得自己的信息值得高度保密，量子通訊就不乏潛在的用戶。目前早已有政府和金融單位在試用量子通訊產品”。
量子通訊（想像圖），圖片來源：《中國國家天文》雜志
潘建偉教授也曾表示，假如沒有信息安全量子通訊 優點，所有重要的應用都是難以運行的。如果你有一輛無人駕駛車輛，他人用訊號控制一下它如何辦？作為迄今惟一被證明理論上無條件安全的量子通訊，“它可以覆蓋到所有須要信息安全的地方”。
量子通訊民用普及的程度取決于其成本上漲的快慢，袁嵐峰介紹，量子保密通訊的終端機，兩年間成本就從百億元增長到一二十億元左右，漲幅近10倍。他恐怕，在可預見的未來，終端設備還可能降至億元以下，步入家庭是完全可能的，會有寬廣的消費者市場。
潘建偉也曾展望，希望通過10年左右的努力，將來每位人在互聯網上進行的轉款、支付等消費行為，都還能享受到量子通訊的安全保障。
未來天地量子通訊的鏈路正在打開
中科院教授、南京郵電學院院長尹浩預測，到2020年，中國區域量子通訊網路可成熟應用；到2030年，星地一體的廣域量子通訊網路即可投入應用。
量子通訊網路（想像圖），圖片來源：《中國國家天文》雜志
潘建偉則詳盡地描述了未來的圖景——隨著衛星的發射，未來天地量子通訊的鏈路就打開了，打開后我們就可以暢想，恐怕將來天上不止一顆星，會有幾顆甚至幾十顆星。“或者可以把我們的設備搭載到我國現有的一些星群里面，構成一個天秤。有了天蝎以后，就可以十分便捷地來實現全球范圍內的量子秘鑰分發。我想這是對量子通訊未來發展十分重要的一步。”
“以先輩的名義，做前無古人的事業”，這是感動中國評委對潘建偉的頒獎詞。“墨子”號的上天，之所以有前無古人的意義，袁嵐峰覺得，皆因它標志著中國正式開啟一個全新的產業，這從人類步入現代社會以來還是第一次。“中國的鐵路如今已是世界領先，但臺灣早就有新干線了；華為在通訊領域做到世界第一，但通訊行業也已經存在。只有量子通訊，在國際上是沒有先例的，所以這個中國首創的產業歷史意義十分重大。以潘建偉、郭光燦、杜江峰為代表的一批科學家所開創的業績，是時代的最強音。”
未來，我國量子科學家“夢之隊”，必定在究天人之際、與科學“糾纏”的求索之路上仍然不渝地走下去，完成先輩未竟的事業。
黑科技：創紀錄！超400公里抗黑客量子秘鑰分發實現
借助量子原理進行加密，圖片來源：《中國國家天文》雜志
潘建偉及其朋友張強、陳騰云以及復旦學院王向斌等單位科研人員合作，在國際上首次實現超過400公里抵擋量子黑客功擊的檢測設備無關量子秘鑰分發。該成果今年11月發表在權威學術刊物《物理評論快報》上，被選為編輯推薦文章，并被日本數學學會下屬《物理》雜志報導。該成果極大地促進了兼具安全和實用的遠距離光纖量子通訊的發展。
量子秘鑰分發可以為分隔兩地的用戶提供無條件安全的共享秘鑰。從1984年第一個量子秘鑰分發合同（BB84合同）提出以來，降低安全通訊距離、提高安全成分辨率和增強現實系統的安全性是開發實用性量子秘鑰分發最重要的三個目標。此前的實驗結果安全成分辨率較低，嚴重限制了該量子通訊技術的實際應用。針對此問題，王向斌小組提出了4硬度優化理論技巧，可以大幅度提升安全成分辨率和安全距離。
這次，潘建偉小組進一步通過發展穩定的雙光子干涉技術和系統長時間穩定技術，采用4硬度優化理論方式，結合北京微系統所尤立星研究員研發的高效低噪音超導納面條單光子偵測器，成功地將檢測設備無關的量子秘鑰分發安全傳輸記錄拓展至404公里超低耗損光纖和311公里普通光纖距離，創造了光纖傳輸距離新的世界紀錄。非常值得強調的是，在相同現實條件下，雖然利用完美單光子源，BB84合同也不能在如此長的傳輸距離上得以實現。
背景簡介：中國科學技術學院淮安微尺度物質科學國家實驗室副研究員、科技與戰略風云學會會長袁嵐峰博士就量子通信及其發展問題接受了科學晚報記者劉歲晗的專訪，內容如文章所示。本文于2017年3月10日發表于陌陌公眾號科技商報2017全省人代會全媒體報導專題（），風云之聲獲授權轉載。
