全國(guó)政協(xié)十三屆一次會(huì)議首場(chǎng)“委員通道”3月3日在人民大會(huì)堂北大廳舉行。全國(guó)政協(xié)委員、中科院院士、中國(guó)科技大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)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(guó)防、政務(wù)、金融、個(gè)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(gè)天地一體化的量子保密通信網(wǎng)絡(luò)，來保護(hù)千家萬(wàn)戶的信息安全。

　　從理想王國(guó)走到了現(xiàn)實(shí)王國(guó)

　　2018年1月21日，“2017科技盛典”頒獎(jiǎng)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(duì)”入選年度科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮為該團(tuán)隊(duì)頒獎(jiǎng)。

　　“天地一體化廣域量子通信技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)”經(jīng)過長(zhǎng)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(shí)驗(yàn)衛(wèi)星“墨子號(hào)”，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)的星地量子通信，圓滿實(shí)現(xiàn)全部既定科學(xué)目標(biāo);國(guó)家量子保密通信“京滬干線”通過總技術(shù)驗(yàn)收，使得我國(guó)的量子通信研究水平全面處于國(guó)際領(lǐng)先地位。結(jié)合“京滬干線”與“墨子號(hào)”的天地鏈路，中國(guó)和奧地利之間在國(guó)際上首次成功實(shí)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(jí)的星地雙向量子通信，終于“從理想王國(guó)走到了現(xiàn)實(shí)王國(guó)”。

　　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(guó)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(guó)科學(xué)家自主研制的量子通信裝備，已經(jīng)為60周年國(guó)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(guó)家重要政治活動(dòng)提供了信息安全保障。中國(guó)銀監(jiān)會(huì)銀行業(yè)監(jiān)管信息報(bào)送、中國(guó)人民銀行人民幣跨境收付信息管理系統(tǒng)、中國(guó)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?，用的都是量子保密通信技術(shù)。

　　堪比萬(wàn)米高空向儲(chǔ)錢罐里扔硬幣

　　中國(guó)量子通信團(tuán)隊(duì)取得了舉世矚目的重要成果，在這當(dāng)中他們?cè)庥隽嗽鯓拥募夹g(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(duì)的是制備單個(gè)光量子的技術(shù)難題。他舉了一個(gè)非常形象的例子，來解釋這一關(guān)鍵技術(shù)的難度：一個(gè)普通的15瓦左右的燈泡每秒鐘輻射出的光量子個(gè)數(shù)可達(dá)百億億個(gè)，想要實(shí)現(xiàn)單個(gè)光量子的制備就如同在這百億億個(gè)光量子發(fā)射出來的瞬間捕捉到其中的某一個(gè)，技術(shù)難度可想而知。另一個(gè)難題是單光子的探測(cè)。單個(gè)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(cè)技術(shù)。具備了單個(gè)光量子的制備和探測(cè)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(shí)現(xiàn)量子衛(wèi)星與地面的星地通信難度更可想而知。

　　“簡(jiǎn)單地講幾件事情，你會(huì)大致明白究竟有多難?！? 量子通信技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)王建宇教授細(xì)數(shù)了“墨子號(hào)”衛(wèi)星的種種難關(guān)，“舉個(gè)例子，要從1000公里的高度把一個(gè)個(gè)光子發(fā)射到地面站，這就好比在萬(wàn)米高空高速飛行的飛機(jī)上，同時(shí)向地面兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的投幣口細(xì)長(zhǎng)的儲(chǔ)蓄罐扔進(jìn)一個(gè)個(gè)硬幣。儲(chǔ)蓄罐的投幣口是細(xì)長(zhǎng)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(gè)，要兩邊同時(shí)都扔準(zhǔn)才行?！蓖踅ㄓ钫f，他們做過一個(gè)計(jì)算，一根火柴劃一下大概有1017個(gè)光子，而衛(wèi)星地面站的探測(cè)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(gè)光子里面，搞明白我們探測(cè)到的是第幾個(gè)光子，這些光子都是排好隊(duì)的，抓一個(gè)就要知道它是第幾個(gè)，這樣才能用來做密鑰。而這對(duì)于量子通信的諸多難題而言，只是非常簡(jiǎn)單的一個(gè)小細(xì)節(jié)。”王建宇說。

　　爭(zhēng)分奪秒鋪就量子通天長(zhǎng)路

　　面對(duì)這一深刻影響未來的科技競(jìng)爭(zhēng)，傳統(tǒng)科技強(qiáng)國(guó)都在積極整合各方面的研究力量和資源，力爭(zhēng)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(dú)立科技研發(fā)機(jī)構(gòu)美國(guó)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(guó)的萬(wàn)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(guó)SK電訊提出了環(huán)韓國(guó)量子通信干線規(guī)劃;俄羅斯也計(jì)劃投資量子通信…….

　　為此，我國(guó)進(jìn)一步發(fā)力。國(guó)家發(fā)改委最近正式啟動(dòng)國(guó)家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項(xiàng)目，計(jì)劃通過10年左右的努力，建成面向“一帶一路”、服務(wù)國(guó)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(wàn)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(guó)高校、科研院所和相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新要素和優(yōu)勢(shì)資源，最終形成聚焦國(guó)家長(zhǎng)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(yùn)行的需求;

　　——為新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施“國(guó)家廣域量子保密通信骨干網(wǎng)”的建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)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(shí)現(xiàn)核心量子通信器件的全面國(guó)產(chǎn)化，形成系統(tǒng)性量子通信國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，參與并主導(dǎo)國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定。

　　與此同時(shí)，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(guó)正計(jì)劃建設(shè)業(yè)務(wù)化運(yùn)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(shí)用化和規(guī)?；瘧?yīng)用正加速到來。