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中國如何鞏固在量子通信領域的世界地位

2016-09-09

  量子通信作為一個既古老又新鮮的話題,,進來借著我國自主研發(fā)的世界首顆“量子科學實驗衛(wèi)星”發(fā)射的契機,,著實又亢奮了一把。其實,早在2006年,,我國就在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中將“量子調控研究”列為重大基礎科學研究計劃,,重點研究量子通信的載體和調控原理及方法等新原理和新技術,,并預計“可能在20-30年后對人類社會經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響,。”今年8月初國務院印發(fā)的《“十三五”國家科技創(chuàng)新規(guī)劃》也將量子通信列入15個新部署的重大項目之一,。

  量子通信的意義

  量子通信的核心是解決通信的安全性問題,,即利用量子力學的基本原理(如量子態(tài)不可克隆原理和量子態(tài)的測量塌縮性質等)或者利用量子態(tài)隱形傳輸?shù)攘孔酉到y(tǒng)特有屬性,以及量子測量的方法來完成兩地之間的信息傳遞,。量子通信是目前已經(jīng)被數(shù)學上嚴格證明的絕對安全的通信手段,。因此,發(fā)展量子通信,,大到保護國家安全,,小至保護公民隱私安全都至關重要,尤其是對于政府,、軍隊和金融等涉及國家社會安全穩(wěn)定的部門而言更為如此,。在新一代通信設備和互聯(lián)網(wǎng)技術高速發(fā)展的今天,信息安全領域早已成為世界強國之間無形的戰(zhàn)場,。尤其是自“棱鏡門”事件后,,包括通信安全和網(wǎng)絡安全在內的信息安全得到了國家和政府的高度關注和空前重視,信息安全保衛(wèi)戰(zhàn)已經(jīng)上升到國家戰(zhàn)略層面,,打造通信安全已體現(xiàn)出國家意志,。

  政策面上也體現(xiàn)出對信息安全的高度重視。2014年2月27日,,中央網(wǎng)絡安全和信息化領導小組成立,著眼國家安全和長遠發(fā)展,,統(tǒng)籌協(xié)調涉及經(jīng)濟,、政治、文化、社會及軍事等各個領域的網(wǎng)絡安全和信息化重大問題,;5月20日,,中央國家機關政府采購中心發(fā)布《關于進行信息類協(xié)議供貨強制節(jié)能產(chǎn)品補充招標的通知》,禁止中國中央機關采購中心計算機類安裝Win8系統(tǒng),。7月3日,,公安部下發(fā)通知,要求各級公安機關今后禁止采購賽門鐵克的“數(shù)據(jù)防泄漏”(Symantec DLP)產(chǎn)品,,并盡快用國產(chǎn)軟件予以更換,,原因是該產(chǎn)品存在竊密后門和高危安全漏洞。2015年7月1日,,第十二屆全國人民代表大會常務委員會第十五次會議通過新的《國家安全法》,,要求對網(wǎng)絡信息技術產(chǎn)品和服務進行國家安全審查。

  量子通信的無條件安全通信技術正是滿足國家信息安全戰(zhàn)略的終極武器,。而伴隨著激烈的國際競爭(量子通信已經(jīng)成為歐盟,、美國、日本等發(fā)達國家優(yōu)先發(fā)展的信息科技和產(chǎn)業(yè)高地),,在信息安全這樣一個無形的戰(zhàn)場中,,加大研發(fā)投入并獲取核心技術才能占據(jù)信息安全領域的制高點,從而在軍事,、國防,、金融、工程和社會公共設施等信息安全領域發(fā)揮重要的應用價值,。

  由于絕對安全的特性,,量子通信通信技術市場規(guī)模有望達到千億元級別。以國防領域為例,,量子通信能應用于通信密鑰生成與分發(fā)系統(tǒng),,構成作戰(zhàn)區(qū)域內機動的安全通信網(wǎng)絡;能用于改進光網(wǎng)信息傳輸保密性,,由此提高信息保護和信息對抗能力,;還能應用于深海安全通信,為遠洋深海安全通信開辟嶄新途徑和目標,,為國防贏得先機,。

  我國量子通信領域成果

  我國的量子通信技術起步雖然晚于歐美國家,但近幾年來取得了重大進展,。我國量子通信領域領軍人物中科大潘建偉院士不僅榮獲2015年國家最高科學技術發(fā)明獎,,其研究成果還榮登“2015年世界物理學十大進展”第一名,開創(chuàng)中國物理學的先河,。

  潘建偉院士和他的研究團隊對量子通信領域有三大突出貢獻:其一,,在2004年,、2007年和2012年先后實現(xiàn)了五光子糾纏態(tài)、六光子糾纏態(tài),、八光子糾纏態(tài)的制備與操縱,,均居于世界第一位次,連續(xù)刷新了世界紀錄,,在量子糾纏方面遠遠地走在世界前頭,。其二,很好地完成了長程量子通信中緊迫急需的“量子中繼器”的實驗與制作,,為將來實現(xiàn)廣域量子通信網(wǎng)絡乃至全球量子通信網(wǎng)絡奠定了堅實的基礎,。其三,對遠距離量子通信與空間尺度量子實驗關鍵技術進行了驗證,,2005年在國際上首次實現(xiàn)距離大于垂直大氣層等效厚度的自由空間雙向糾纏分發(fā),,2010年在國際上首次實現(xiàn)16公里自由空間量子態(tài)隱形傳輸,2011年10月至2012年6月在國際上接連首次實現(xiàn)百公里量級的自由空間量子隱形傳態(tài)和雙向糾纏分發(fā),,為基于衛(wèi)星的廣域量子通信以及大尺度的量子計算,、量子信息技術應用與實施打通了技術瓶頸。

  其他成果還包括:2015年,,中科大進一步發(fā)展出了“非摧毀性的測量技術”,,從而首次讓一個光子的“自旋”和“軌道角動量”兩項信息能同時傳送;同年,,中科大量子信息重點實驗室在固態(tài)量子芯片研究方面也取得重要進展,,成功實現(xiàn)了在百皮秒量級內完成半導體量子體系的兩個電荷量子比特的操控;2016年中科院則完成發(fā)射首顆“量子科學實驗衛(wèi)星”,。

  值得一提的是,,我國在量子通信領域的產(chǎn)業(yè)化進程大大超過歐美國家,已處于產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前期,。量子通信的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括四個環(huán)節(jié):核心零組件,、量子設備與解決方案、網(wǎng)絡建設與系統(tǒng)集成和網(wǎng)絡運營,。我國在產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)——量子設備與解決方案提供領域較為突出,。全球主要的4家量子設備與解決方案提供商中,有兩家來自中國,,分別是科大國盾和問天量子,。然而在核心零組件環(huán)節(jié)還存在瓶頸。要知道,,量子通信保證的是通信信道絕對安全,,但無法保證接受端的安全。也就是說,,對于量子通信而言,,如要確保量子通信各個環(huán)節(jié)的絕對安全就必須實現(xiàn)各個核心零組件環(huán)節(jié)的國產(chǎn)化,,避免采用進口器件。因此核心零組件環(huán)節(jié)是我國量子通信產(chǎn)業(yè)化未來進程中亟待突破的領域,。

  對發(fā)展量子通信政策建議

  從目前來看,量子通信戰(zhàn)略地位凸顯,,國家需求明確,,未來發(fā)展大有可為。目前我國量子通信領域的成果處于世界領先地位,,如何更好地將研究成果轉換為經(jīng)濟增長動力,、把握市場先機,是下一階段的重要命題,。我們認為可以從以下幾個方面著手,,進一步推動我國量子通信的發(fā)展。

  第一,,突出重難點,,加大支持力度。下一步仍應保持對量子通信領域的穩(wěn)定投入以鞏固領先地位,,其中尤其針對重點環(huán)節(jié)和薄弱環(huán)節(jié)加大支持,。重點環(huán)節(jié)指包括關鍵技術或者具有廣闊市場前景的領域,如量子計算,。量子計算依賴于量子力學規(guī)律處理信息,,有著經(jīng)典計算機永遠不可逾越的巨大優(yōu)勢,或將顛覆人工智能領域的游戲規(guī)則,。薄弱環(huán)節(jié)如上文所說的核心零組件,,其作為實現(xiàn)量子通信產(chǎn)業(yè)化的四大環(huán)節(jié)之一且目前是我國的短板,因而也應作為下一階段政策重點支持的對象,。

  第二,,重視專利申請,搶先制定行業(yè)標準,。我國在知識產(chǎn)權意識和相關立法上同發(fā)達國家仍存在較大差距,,而知識產(chǎn)權保護的疏失對于研究成果的商業(yè)化運作將造成不容忽視的負面影響。因此可考慮制定量子通信領域的知識產(chǎn)權保護專項立法,,組織專家力量,,提高專利意識。另外,,鑒于我國量子通信發(fā)展成果位于世界前列,,應把握先機搶先制定相關行業(yè)標準,

  第三,,注重量子通信領域人才培養(yǎng),??倳浽谡剟?chuàng)新驅動戰(zhàn)略時曾多次表示了對人才建設的重視,推動量子通信不斷出成果也應以人才建設為核心,。目前已有部分省市啟動相關工作,,比如上海市科委通過基礎研究項目、上海市自然基金,、科技人才計劃等,,在量子科學領域布局了一批項目、支持了一批人才,。在今年上海市自然基金設立的專門針對40歲以下年輕人的探索類4個板塊中,,其中之一就是量子調控,用以補充創(chuàng)新后備力量,。

  第四,,針對不同受眾采取不同推廣方式和管控方式。規(guī)模應用重管控量子通信最大的優(yōu)勢在于“防竊聽”,、“一次一密”,、“絕對安全”,因此最適合于政府,、銀行,、金融證券、大型企業(yè)集團等保密通信要求較高的場合,。而對于民眾而言,,一般不需要如此高保密度的量子通信技術,因而在設計和推廣上,,可在成本和便捷度上多做文章,。


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