全國政協(xié)十三屆一次會議首場“委員通道”3月3日在人民大會堂北大廳舉行。全國政協(xié)委員、中科院院士、中國科技大學(xué)常務(wù)副校長潘建偉在“委員通道”表示，量子通信原理上可以提供一種不能破解、不能竊聽的安全信息傳輸方式，它在國防、政務(wù)、金融、個人信息保護(hù)等方面都起到了積極的作用。通過未來5—10年的努力，我們希望能夠構(gòu)建一個天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，來保護(hù)千家萬戶的信息安全。

　　從理想王國走到了現(xiàn)實王國

　　2018年1月21日，“2017科技盛典”頒獎典禮在央視演播大廳隆重舉行。潘建偉領(lǐng)銜的“天地一體化廣域量子通信技術(shù)研究團(tuán)隊”入選年度科技創(chuàng)新團(tuán)隊。中國科學(xué)院院長白春禮為該團(tuán)隊頒獎。

　　“天地一體化廣域量子通信技術(shù)研究團(tuán)隊”經(jīng)過長達(dá)10余年的協(xié)同攻關(guān)，取得了天地一體化廣域量子通信技術(shù)的重大突破。自主研制了世界上首顆量子科學(xué)實驗衛(wèi)星“墨子號”，在國際上率先實現(xiàn)千公里級的星地量子通信，圓滿實現(xiàn)全部既定科學(xué)目標(biāo);國家量子保密通信“京滬干線”通過總技術(shù)驗收，使得我國的量子通信研究水平全面處于國際領(lǐng)先地位。結(jié)合“京滬干線”與“墨子號”的天地鏈路，中國和奧地利之間在國際上首次成功實現(xiàn)了距離達(dá)7600公里的洲際量子密鑰分發(fā)，標(biāo)志著天地一體化廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)雛形已經(jīng)形成。用潘建偉的話說，千公里級的星地雙向量子通信，終于“從理想王國走到了現(xiàn)實王國”。

　　上面提到的“量子通信”，是利用量子比特作為信息載體來傳輸信息的通信技術(shù)，可在確保信息安全、增大信息傳輸容量等方面突破經(jīng)典信息技術(shù)的極限。量子通信有兩種最典型的應(yīng)用，一種是量子密鑰分發(fā)，另一種是量子隱形傳態(tài)。量子密鑰分發(fā)克服了經(jīng)典加密技術(shù)內(nèi)在的安全隱患，是迄今為止唯一被嚴(yán)格證明是原理上無條件安全的通信方式，可以從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全傳輸問題。

　　這聽上去“玄而又玄”的“黑科技”正影響改變著我們的現(xiàn)在和未來——我國科學(xué)家自主研制的量子通信裝備，已經(jīng)為60周年國慶閱兵、黨的“十八大”“十九大”、紀(jì)念抗戰(zhàn)勝利70周年閱兵等國家重要政治活動提供了信息安全保障。中國銀監(jiān)會銀行業(yè)監(jiān)管信息報送、中國人民銀行人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)、中國工商銀行網(wǎng)上銀行數(shù)據(jù)異地災(zāi)備系統(tǒng)、阿里巴巴商業(yè)數(shù)據(jù)加密傳輸?shù)鹊龋玫亩际橇孔颖Ｃ芡ㄐ偶夹g(shù)。

　　堪比萬米高空向儲錢罐里扔硬幣

　　中國量子通信團(tuán)隊取得了舉世矚目的重要成果，在這當(dāng)中他們遭遇了怎樣的技術(shù)難題?

　　潘建偉介紹說，在量子通信技術(shù)的研發(fā)過程中，首先要面對的是制備單個光量子的技術(shù)難題。他舉了一個非常形象的例子，來解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個數(shù)可達(dá)百億億個，想要實現(xiàn)單個光量子的制備就如同在這百億億個光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個，技術(shù)難度可想而知。另一個難題是單光子的探測。單個光子已經(jīng)是光能量的最小單元，能量是非常微弱的，需要發(fā)展出非常精密和高效的單光子探測技術(shù)。具備了單個光量子的制備和探測能力后，才能夠?qū)崿F(xiàn)安全的量子通信。這僅僅指的是地面上的量子通信，而要實現(xiàn)量子衛(wèi)星與地面的星地通信難度更可想而知。

　　“簡單地講幾件事情，你會大致明白究竟有多難?！? 量子通信技術(shù)研究團(tuán)隊王建宇教授細(xì)數(shù)了“墨子號”衛(wèi)星的種種難關(guān)，“舉個例子，要從1000公里的高度把一個個光子發(fā)射到地面站，這就好比在萬米高空高速飛行的飛機(jī)上，同時向地面兩個旋轉(zhuǎn)的投幣口細(xì)長的儲蓄罐扔進(jìn)一個個硬幣。儲蓄罐的投幣口是細(xì)長的，相當(dāng)于光的偏振，它是有方向的，硬幣要把方向?qū)貌拍苋舆M(jìn)去，而且不是扔一個，要兩邊同時都扔準(zhǔn)才行?！蓖踅ㄓ钫f，他們做過一個計算，一根火柴劃一下大概有1017個光子，而衛(wèi)星地面站的探測能力，相當(dāng)于在地球上的人不用任何儀器，要發(fā)現(xiàn)在月亮上有人劃了一根火柴。“此外，還要在每秒一億個光子里面，搞明白我們探測到的是第幾個光子，這些光子都是排好隊的，抓一個就要知道它是第幾個，這樣才能用來做密鑰。而這對于量子通信的諸多難題而言，只是非常簡單的一個小細(xì)節(jié)?！蓖踅ㄓ钫f。

　　爭分奪秒鋪就量子通天長路

　　面對這一深刻影響未來的科技競爭，傳統(tǒng)科技強(qiáng)國都在積極整合各方面的研究力量和資源，力爭在量子信息技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用方面占據(jù)先機(jī)。

　　全球最大的獨立科技研發(fā)機(jī)構(gòu)美國Battelle公司提出了商業(yè)化的廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，并考慮建造環(huán)美國的萬公里量子通信骨干網(wǎng)絡(luò)，為谷歌、IBM、微軟、亞馬遜等公司的數(shù)據(jù)中心之間提供量子通信服務(wù);韓國SK電訊提出了環(huán)韓國量子通信干線規(guī)劃;俄羅斯也計劃投資量子通信…….

　　為此，我國進(jìn)一步發(fā)力。國家發(fā)改委最近正式啟動國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目，計劃通過10年左右的努力，建成面向“一帶一路”、服務(wù)國家戰(zhàn)略需求、規(guī)模最大、技術(shù)最先進(jìn)的總里程約3.5萬公里的量子保密通信互聯(lián)網(wǎng)。

　　中科院在前期基礎(chǔ)上，進(jìn)一步整合統(tǒng)籌全國高校、科研院所和相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新要素和優(yōu)勢資源，最終形成聚焦國家長遠(yuǎn)目標(biāo)和重大需求的原創(chuàng)性、集成性科技創(chuàng)新成果，培育形成戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。

　　2018年，量子通信的未來已來，重任在肩，目標(biāo)已定：

　　——研制中高軌量子通信衛(wèi)星，量子密鑰分發(fā)量滿足機(jī)要部門業(yè)務(wù)化運行的需求;

　　——為新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施“國家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)”的建設(shè)提供堅實的技術(shù)支撐，滿足金融、政務(wù)、電力、電信等行業(yè)專網(wǎng)應(yīng)用需求，實現(xiàn)核心量子通信器件的全面國產(chǎn)化，形成系統(tǒng)性量子通信國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參與并主導(dǎo)國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。

　　與此同時，面向構(gòu)建覆蓋全球的量子通信網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)期目標(biāo)，我國正計劃建設(shè)業(yè)務(wù)化運行的量子密碼衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，將發(fā)射多顆低軌量子通信衛(wèi)星組成量子星座，提供覆蓋全球的量子密碼分發(fā)服務(wù)，量子保密通信服務(wù)將從二維平面擴(kuò)展到三維空間，星地量子密鑰分發(fā)的實用化和規(guī)?；瘧?yīng)用正加速到來。