量子通信在信息安全領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價值和前景,，不僅可用于軍事,、國防等領(lǐng)域的國家級保密通信，還可用于涉及秘密數(shù)據(jù)、票據(jù)的政府,、電信、證券,、保險,、銀行、工商,、地稅,、財政等領(lǐng)域和部門，而技術(shù)又相對成熟,，未來應(yīng)用市場前景廣闊,。

　　“量子通信在軍事通信、政府保密通信,、民用通信上都將帶來顛覆性的變革,，技術(shù)又已相對成熟，經(jīng)我們詳細測算,，未來市場空間遠超千億元,。”國內(nèi)最早發(fā)表量子通信領(lǐng)域證券研究報告的分析師之一,、興業(yè)證券通信團隊首席分析師唐海清指出,。

　　6月3日，國家發(fā)改委發(fā)布《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》提出,，將積極建設(shè)“京滬干線”量子通信工程,，推動量子通信技術(shù)在上海、合肥,、蕪湖等城市使用,。更引入注目的是，文件明確提出：“促進量子通信技術(shù)在政府部門,、軍隊和金融機構(gòu)等應(yīng)用,。”這被認(rèn)為是政府首次明確推動量子通信技術(shù)進入政府,、軍隊,、金融機構(gòu)。比如一些銀行系統(tǒng),，在客戶的征信信息,、個人用戶信息的傳輸上也會通過量子，確保信息不被竊取,。

　　按照國家發(fā)改委此前立項規(guī)劃,，2016年下半年，全球最長的遠距離量子加密通信干線“京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)”將完工交付。同時,，7月中國將發(fā)射量子科學(xué)實驗衛(wèi)星,，推動無光纖的空中量子通信。

　　量子理論被認(rèn)為是繼牛頓經(jīng)典力學(xué)后,，人類科學(xué)的顛覆性發(fā)現(xiàn),。日前，筆者在上海紐約大學(xué)舉行的“原子,、分子和光物理前沿發(fā)展國際研討會”上專訪數(shù)位量子物理國際頂尖科學(xué)家,，發(fā)現(xiàn)國內(nèi)民眾對量子通信存在不少誤解，而中國在量子通信領(lǐng)域的實際應(yīng)用正走在世界前列,。

　　如何進行信息傳遞

　　下個月,，我國將發(fā)射世界首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星，并在世界上首次實現(xiàn)衛(wèi)星和地面之間的量子通信,，構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信與科學(xué)實驗體系,。

　　而今年9月，量子通信的核心環(huán)節(jié)：密鑰傳輸實驗,，將搭乘“天宮二號”上天展開實驗,。這意味著世界上第一封絕對不會被攔截、被破解,、被復(fù)制,，只能是“天知地知，你知我知”的密信,，即將誕生,。

　　那么，量子通信的原理是什么,，如何實現(xiàn)信息的傳遞和加密,？

　　量子通信，即利用量子糾纏效應(yīng),，來傳遞信息。什么是量子糾纏,？通俗地說,，就像心電感應(yīng)。量子力學(xué)研究發(fā)現(xiàn),，宇宙中任何一個粒子都有“雙胞胎”,，二者即使隔開整個宇宙的距離，也仍然一直保持同步同時同樣變化,，就像其中一個翻掌,，宇宙另一頭也同時翻掌。這就像一對戀人，一個人心里對另一個人說“我愛你”,，另一個人立即同步有相同感受地說“我愛你”,。這一對粒子同步同樣變化的狀態(tài)，就是量子糾纏態(tài),。

　　利用這一原理,，人們可以制備出一對糾纏粒子，把它們一個放在北京,，一個放在上海,，當(dāng)北京的粒子一動，上海的粒子立刻就接收到信息,。這就是量子通信,。

　　目前當(dāng)我們討論“量子通信”，主要包含兩層應(yīng)用方向：一是用量子技術(shù)取代目前技術(shù)（光纜）來傳遞信息,；二是仍用目前技術(shù)傳遞信息,，但信息加密的秘鑰用量子原理來分配、傳遞秘鑰,。

　　其中第一種完全用量子技術(shù)來傳遞信息,，就不像目前技術(shù)需要鋪設(shè)有形的光纜，而是無形地在空中傳輸,，這就是國際常稱的freespacecommunication（空中量子通信）,、國內(nèi)所稱的量子隱形傳送。

　　但目前的空中量子通信仍有關(guān)鍵技術(shù)難題未解,，短期內(nèi)未有實際投入使用的項目,。那2016年下半年將交付的京滬干線量子通信網(wǎng)絡(luò)，是指什么,？

　　它的全稱是“京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng)”,，顧名思義，它仍然需要鋪設(shè)光纜,，通過有形的光纖傳送信息,，這就是國際常稱的“classicaltransmission（傳統(tǒng)傳輸方法）”。

　　但它對信息的保密是利用量子技術(shù),，即上述兩大應(yīng)用方向中的第二種：利用量子原理分配秘鑰,。這也是目前全球量子技術(shù)中，最接近實際應(yīng)用的研究領(lǐng)域,。中國科學(xué)院院士,、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉說，“京滬干線”項目主要針對量子保密通信關(guān)鍵技術(shù),。

　　“京滬干線”年底建成

　　中國目前主攻量子保密通信技術(shù),，目前在建的主要是兩個項目：一是“京滬干線”,，二是7月將發(fā)射的量子通信衛(wèi)星。

　　京滬干線大尺度光纖量子通信骨干網(wǎng),，將是目前全球總長度最長的量子保密通信干線,，其長度達2000余公里，從北京出發(fā),，經(jīng)過濟南,、合肥，到達上海,。它是世界首例千公里級高可信,、可擴展的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，2013年由國家發(fā)改委立項,，預(yù)計2016年9月底完成全部應(yīng)用系統(tǒng)交付,，并開始全系統(tǒng)上線聯(lián)調(diào)，年底完成項目總驗收,。

　　全球量子通信的公認(rèn)專家,、德國美因茨大學(xué)物理學(xué)教授PeterVanLoock告訴筆者，若金融機構(gòu),、軍隊,、政府確實需要在上海與北京之間傳送絕密信息，量子保密干線是最好的保密方案,。潘建偉說,，該干線可以實現(xiàn)遠程高清量子保密視頻會議系統(tǒng)和其他多媒體跨域互聯(lián)應(yīng)用，也可以實現(xiàn)金融,、政務(wù)領(lǐng)域的遠程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng),、金融機構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用。

　　量子保密技術(shù)被普遍認(rèn)為是“理論上百分百不可破譯截獲”,、“百分百安全”,，主要基于兩個原理：海森堡測不準(zhǔn)原理和量子不可復(fù)制原理。

　　三位不愿具名的中國科學(xué)家告訴筆者,，量子密碼通信傳遞的不是信息本身,，而是傳遞密鑰，甲發(fā)送確定狀態(tài)的光子,，乙采用收發(fā)器接收,，而后甲乙互相對應(yīng)光子狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)光子狀態(tài)改變,，即可確認(rèn)被竊聽。

　　但最大的難題是：光子會丟失,。光子發(fā)射一段距離后就會衰減,，若沒有中間站“在路上幫它調(diào)整狀態(tài)”,，它就無法完成從北京到上海的穿越。

　　因此,，量子通信要解決的兩個基本問題就是：讓光子保持量子糾纏狀態(tài)的距離變得更長,、讓光子傳輸?shù)乃俣雀臁Ｔ谕燃夹g(shù)條件下,，中間基站（或稱“節(jié)點”）的質(zhì)量非常關(guān)鍵,。

　　截至3月，京滬干線已建設(shè)完成15個中間基站,、1554千米主干線路光纜勘查和改造,。其中，北京城域量子網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完成了部署和測試驗收,，全天候24小時連續(xù)運行,，系統(tǒng)穩(wěn)定運行時間已超過5000小時。目前正進行上海接入網(wǎng)的施工建設(shè)和主干線二期的建設(shè)工作,。

　　數(shù)位科學(xué)家告訴筆者,，理論上，即使是量子計算機,，也不可能破譯量子秘鑰,，然而實際應(yīng)用中，仍有許多因素可能導(dǎo)致秘鑰泄露,。尤其是中間基站,，需要先接收，再發(fā)送,，容易存在被截獲的漏洞,。

　　中國實際應(yīng)用居前列

　　筆者通過采訪發(fā)現(xiàn)，歐洲主攻傳輸中的中轉(zhuǎn)基站技術(shù),，美國主攻量子計算機的硬件,，中國目前主攻長距離量子加密通信?？傮w而言,，歐洲領(lǐng)先美國，而中國在實際應(yīng)用方向走在前列,。

　　在量子通信領(lǐng)域,，美國最新進展是在2015年，美國航空航天局（NASA）計劃在其總部與噴氣推進實驗室（JPL）之間建立一個直線距離600千米,、光纖皮長1000千米左右,、10個中轉(zhuǎn)基站的遠距離光纖量子通信干線，并計劃拓展到星地量子通信,。目前尚未有實際進展的最新消息,。

　　與美國相比,，中國的實際應(yīng)用明顯走在前列。今年7月,，中國將發(fā)射首顆“量子科學(xué)實驗衛(wèi)星”,，這顆衛(wèi)星將推動實現(xiàn)無光纖的空中通信。

　　該衛(wèi)星搭載量子密鑰通信機,、量子糾纏發(fā)射機,、量子糾纏源、量子試驗控制與處理機等有效載荷,，具備兩套獨立的有效載荷指向機構(gòu),，通過姿控指向系統(tǒng)協(xié)同控制，可與地面上相距千公里量級的兩處光學(xué)站同時建立量子光鏈路,。

　　量子衛(wèi)星發(fā)射后,，天地一體化量子科學(xué)實驗系統(tǒng)將投入正式運行，完成的多項科學(xué)實驗任務(wù)包括：星地高速量子密鑰分發(fā),、廣域量子通信網(wǎng)絡(luò),、星地量子糾纏分發(fā)以及地星量子隱形傳態(tài)等。

　　“歐洲目前主攻中轉(zhuǎn)基站的突破,?！比蚬腆w量子光學(xué)與自旋電子學(xué)領(lǐng)域公認(rèn)的專家JorgWrachtrup告訴筆者。

　　歐盟2016年4月批準(zhǔn)了10億歐元的量子研究基金,。同時在2015年底推出了用于發(fā)展量子信息技術(shù)的“歐洲量子科學(xué)技術(shù)”計劃,，以及《歐洲量子信息處理與通信》計劃，是繼歐洲核子中心和航天技術(shù)采取國際合作之后,，又一針對重大科技問題的大規(guī)模國際合作,。