上海量子信息科學研究院袁之良團隊首創(chuàng)量子秘鑰分發(fā)開放式新構架，采用光頻梳技術，成功實現(xiàn)615公里光纖量子通訊。該構架在確保量子通訊安全性的同時，能急劇減少系統(tǒng)建設成本，為我國建設多節(jié)點廣域量子網(wǎng)路奠定基礎。相關成果近日發(fā)表于國際學術刊物《自然-通信》。
從貝爾實驗室開始，到硅谷的崛起量子通訊市場，再到電子計算機和遍及全球的互聯(lián)網(wǎng)，人類文明正在一步一步地全面步入信息時代。不過，目前的常規(guī)通訊多采用加密技術解決安全通訊問題。但密碼總存在被破譯的可能，尤其是在量子估算出現(xiàn)之后，采用并行運算，對當前的許多密碼進行破譯幾乎易如反掌。
可以說，現(xiàn)在，信息傳輸，早已從“如何傳輸”，步入了“如何安全傳輸”的時代，而量子通訊正是這一段信息革命的直接承繼者——當前量子通訊市場，基于量子秘鑰分發(fā)與精典對稱密碼算法相結合的量子通訊技術正在對估算、通信領域形成重大影響，并越來越成為信息時代的支持力量。
1、是哪些支撐了“量子通訊”？
上世紀中葉，人類以量子熱學為基礎開始認識和借助微觀數(shù)學規(guī)律，促進形成了激光器、半導體和原子能等具有劃時代意義的重大科技突破。步入二十一世紀，量子技術更是與信息技術深度融合，第二次“量子革命”正在到來。作為量子革命的重要組成部份，所謂“量子通訊”就是指借助量子糾纏效應進行信息傳遞的一種新型的通信方法。
當前，我們早已曉得，量子有許多精典化學所沒有的奇妙特點，量子糾纏就是其中突出的特點之一。在了解量子糾纏曾經(jīng)，一個更為人們所熟悉的現(xiàn)象，雖然是“心靈感應”。簡單來說，就是兩個相距遙遠的陌生人不約而同地想做同一件事，似乎相互的心靈之間才能感應到對方的存在。
與“心靈感應”相類似，量子熱學研究發(fā)覺，宇宙中任何一個粒子都有“雙胞胎”，兩者雖然隔開整個宇宙的距離，也依然始終保持同步同樣的變化。一對粒子同步同樣變化的狀態(tài)，就是量子糾纏態(tài)。處于量子糾纏的兩個粒子，無論分離多遠，它們之間都存在一種神秘的關聯(lián)，只要一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，才能立刻使另一個粒子的狀態(tài)發(fā)生相應變化。也就是說，我們可以通過檢測其中一個粒子的狀態(tài)來獲知另一個的信息。
量子的另一個奇妙特點是量子具有檢測的隨機性和不可克隆的屬性——任何的檢測就會破壞量子的原本狀態(tài)。從檢測的隨機性來看，在量子熱學里，光子可以朝著某個方向進行震動，這就叫作偏振光。由于量子疊加，一個光子可以同時處在水平偏振光和垂直偏振光兩個量子狀態(tài)的疊加態(tài)。這時，假若我們拿一個儀器在這兩個方向上進行檢測，都會發(fā)覺每次檢測都只會得到其中一個結果：要么是水平的，要么是垂直的。檢測的結果完全隨機。
但是，在日常的宏觀世界里，一個物體的速率和位置，通常是可以同時確切測定的。例如，我們要檢測一架客機，雷達就可以把客機的速率、位置都確切測定。但是，在量子世界，檢測卻會破壞或改變量子的狀態(tài)。假如我們把一個量子的位置測準了，它的速率就難以再測準。既然檢測量子的狀態(tài)會出現(xiàn)隨機的結果，這么人們自然也難以對一個不曉得其狀態(tài)的量子進行復制。
在量子糾纏的特點以及量子檢測的隨機性和不可克隆的特點下，量子通訊也就保證了安全。在量子密碼共享或量子態(tài)傳遞過程中，假如有人監(jiān)聽，它的狀態(tài)才會因監(jiān)聽（檢測）發(fā)生改變，密碼接收的誤分辨率會顯著降低，進而導致發(fā)送者和接收者的警覺，而停止該信道的發(fā)送。
但是，因為量子具有檢測的隨機性和不可復制的特點，因而幾乎不可能被破譯，由于傳統(tǒng)通訊的秘鑰都是基于特別復雜的物理算法，只要是通過算法加密的，人們就可以通過估算進行破解。而量子通訊則可以做到很安全，不被破譯和監(jiān)聽，這在物理上早已獲得了嚴格的證明。
可以說，作為新一代通訊技術，量子通訊為信息提供難以被監(jiān)聽、無法估算破解的絕對安全保障。
2、運營商促進量子通訊技術應用落地
量子通訊作為量子技術的主要應用方向，2022年來，量子通訊行業(yè)快速發(fā)展，市場規(guī)模穩(wěn)定擴大，國外的三大營運商也推動了量子通訊的布局腳步。
回顧2022年，中國聯(lián)通發(fā)布了基于量子信息技術的VoLTE加密通話產(chǎn)品——天翼量子高清密話，該產(chǎn)品采用國產(chǎn)訂制手機、量子安全SIM卡和國密算法“三重保護”，在保障終端原生支持、VoLTE高清通話基礎上，為用戶提供“管-端-芯”一體化安全防護并帶來科技、時尚、安全和方便的保密通訊新體驗。
中國聯(lián)通方面，中國聯(lián)通通訊有限公司研究院日前與本源量子首次簽訂合作合同，為5G及6G面臨的算力困局探求量子算法解決方案。據(jù)悉，中國聯(lián)通也宣布將發(fā)布量子加密通話業(yè)務，提供安全的量子通訊業(yè)務。
中國電信方面，發(fā)布《云時代量子通訊技術藍皮書》，闡述了量子通訊技術與傳統(tǒng)信息通訊技術的融合發(fā)展與應用。下一步，中國電信將積極響應國家呼吁，持續(xù)在量子通訊領域加碼，不斷深化量子通訊標準、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展及應用。
3、量子通訊是精典通訊的取代嗎？
目前，隨著量子通訊的發(fā)展與進步，保密舉措顯得越來越復雜、越來越可靠。人類也在旨在于將量子保密通訊向更遠距離和更大規(guī)模的廣域網(wǎng)路發(fā)展。
量子通訊才能應用于信息對抗，改進軍用光網(wǎng)信息傳輸保密性，提升信息保護和信息對抗能力；并才能應用于深海安全通訊，為遠洋深海安全通訊開辟了嶄新途徑；借助量子隱型傳態(tài)以及量子通訊絕對安全性、超大信道容量、超高通訊速度、遠距離傳輸和信息高效率等特征，將完善滿足軍事特殊需求的軍事信息網(wǎng)路，為國防和軍事博得先機。
而在國民經(jīng)濟領域，量子通訊則可用于金融機構的隱匿通訊等工程以及對電網(wǎng)、煤氣管網(wǎng)和自來水管網(wǎng)等重要基礎設施的監(jiān)視和通訊保障。
不過，值得一提的是，量子通訊其實具有革命性的力量，但卻并不是為了替代傳統(tǒng)通訊而生。量子通訊和傳統(tǒng)通訊是兩種不同的通訊方式，量子通訊是為了讓傳統(tǒng)的數(shù)字通訊顯得更安全。
實際上，無論是量子秘鑰分發(fā)，還是量子隱型傳態(tài)，都離不開一個須要精典通訊的“經(jīng)典信道”。對于量子秘鑰分發(fā)來說，收發(fā)雙方須要通過精典信道比對檢測方法，從隨機的檢測方法中選購出一樣的那部份，只有這部份的量子檢測出的結果能夠作為無條件安全的量子秘鑰使用。
對于量子隱型傳態(tài)來說，收發(fā)雙方同樣須要通過精典信道比對檢測方法，這樣接收方能夠作出正確的操作，正確還原出傳輸?shù)牧孔颖忍?。量子隱型傳態(tài)借助的是量子糾纏，這個精典信道的存在致使單純靠量子糾纏未能傳送量子比特，因而超過光速的量子糾纏未能超光速傳遞信息，這樣就不會違背相對論。
可以說，量子通訊雖然是精典通訊之外的一個新戰(zhàn)場，和一個新的發(fā)展機遇。對于通訊產(chǎn)業(yè)來說，精典通訊就好比是煤焦燃燒的物理能，量子通訊就好比是電能。大部份電能離不開物理能，而量子通訊也離不開精典通訊。
但是，電能還將對物理能有所承繼和發(fā)展，致使電能可以應用在更多的地方，更好地去控制機器，但是才能處理和傳輸信息。而量子通訊對精典通訊的承繼和發(fā)展，一方面，就是讓精典通訊顯得更安全，信息不會被半道查獲；另一方面，量子比特還可以突破精典數(shù)字通訊的限制，讓信息傳輸顯得更高效。
說究竟，量子通訊的魅力就在于其可以突破現(xiàn)有的精典信息系統(tǒng)的極限，這在缺少信息安全的當下，是極大的安全感。從理論邁向現(xiàn)實應用，量子通訊，正在升級信息時代，引起一場關于通訊的技術改革。